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[探索] 200光年外，最大的超级地球被发现，表面流动岩浆海洋

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优雅痞子King 发表于 2022-11-26 19:35:00 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
在太阳系中，八大行星可以分为两类——气体行星和岩石行星。气体行星中半径最小的是海王星，约为24764公里；岩石行星中最大的是地球，半径6378公里，二者相差了约3.86倍。
200光年外，最大的超级地球被发现，表面流动岩浆海洋 第1张图片

看起来，比海王星大的都是气体行星，比地球小的都是岩石行星。但是，地球和海王星的半径之间还有一个巨大的空缺，那么位于二者之间的行星属于哪一类行星呢？
随着天文学家发现了系外行星，答案似乎越来越清晰。果然，即便是在太阳系之外，巨大的行星也都是以氢和氦元素为主，小一点的行星都有固体表面。
但是，尽管天文学家发现了半径位于地球和海王星之间的系外行星，却只是稍微缩小了这个空缺，而不是完全填补。前几天我们刚刚介绍过，系外行星的半径普遍小于地球的1.4倍，或者大于地球的2.5倍，在此之间的系外行星非常少。尤其是在靠近恒星的位置，1.8倍地球半径的系外行星发现得更少，这个现象被称为“半径峡谷”。
200光年外，最大的超级地球被发现，表面流动岩浆海洋 第2张图片

天文学家们提出了一些理论来解释这个现象，其中一个比较主流：如果系外行星达到一定尺寸（以2.5倍地球半径为例）后，其质量也足够大，能够束缚大量的大气；如果系外行星的岩体不够大（以1.4倍地球半径为例），哪怕它曾经有浓厚的大气层，使其半径足够大（比如达到了地球半径的1.8倍），但大气还是会被吹散，以至于半径还是以岩体为主。
所以，只有我们的运气足够好，才能发现相对比较小的行星，还没来得及失去全部的大气。按照上面的理论，半径介于地球1.4~2.5倍之间的行星，岩体应该和地球差不多，并且拥有一个以氢和氦为主的非常浓厚的大气层。
200光年外，最大的超级地球被发现，表面流动岩浆海洋 第3张图片

最近，天文学家还真的发现了一颗半径处在该范围内的系外行星。按理说他们应该解答了许多问题，实际上恰恰相反，这颗行星显得更诡异了。
这颗系外行星名叫TOI-1075b，距离地球大约200光年。它是由美国宇航局的凌星系外行星巡天（TESS）卫星发现的，也就是说，当它运行到宿主恒星和地球之间的时候，会短暂地降低宿主恒星的亮度天文学家就是这样发现它的。再通过其他方面的观测，就可以确认它的存在了。
200光年外，最大的超级地球被发现，表面流动岩浆海洋 第4张图片

凌星法有一个好处，那就是根据恒星亮度的规则变化，就可以确定系外行星的公转周期。不仅如此，根据恒星亮度变化的幅度，天文学家还能够判断系外行星的半径。
结果表明，TOI-1075b的公转周期仅有14.5个小时，也就是说这里的一年比地球的一天还短！毫无疑问，它和宿主恒星之间的距离非常近。而且，它的半径大约是地球的1.72倍，恰好落在半径峡谷内。
长期研究超级地球的麻省理工学院天文学家Zahra Essack注意到了这颗行星的特殊之处，对它非常感兴趣，于是展开了进一步的研究。她首先要了解的，就是TOI-1075b的质量，这对我们了解它的本质来说至关重要。
200光年外，最大的超级地球被发现，表面流动岩浆海洋 第5张图片

测量系外行星的质量并不是很困难，其利用的原理就是万有引力定律。行星和恒星之间有引力的相互作用，看起来行星是绕着恒星公转，但恒星也会被行星的引力拖曳，发生轻微的抖动。这种抖动很轻微，通过直接观测是很难获得的，而是需要利用恒星的光谱变化来计算。
我们知道，引力和质量的平方成反比。所以，得到恒星的抖动幅度之外，再对比行星的轨道，就可以知道两颗天体的质量比。接下来，只要知道恒星的质量就可以了。
TOI-1075属于一颗橙矮星，质量是太阳的60%。计算下来，TOI-1075b的质量就是地球的9.95倍。并且Essack等人的进一步观测更新的行星的半径，大约是地球的1.791倍。
200光年外，最大的超级地球被发现，表面流动岩浆海洋 第6张图片

有了行星的半径和质量，就可以计算它的密度了。令人惊讶的是，它的密度达到了每立方厘米9.32克。毫无疑问，这个密度远远超过了木星（每立方厘米1.33克）这样的气体行星，可以确定它是岩石行星。不仅如此，它的密度比太阳系密度最大的地球（每立方厘米5.51克）还高得多！
按照以往的理论，这颗行星应该像气体行星一样有比较浓厚的氢氦大气层。但这颗行星距离宿主恒星太近，气体很容易被吹散，所以应该没有这样的大气层。注意，我们说的是没有浓厚的氢氦大气层，不是说它完全没有大气层。实际上，它的表面很可能是一个非常诡异的世界。
200光年外，最大的超级地球被发现，表面流动岩浆海洋 第7张图片

研究人员认为，由于距离宿主恒星太近，TOI-1075b的表面应该极其炎热，以至于裸露在地表的岩石都已经融化。换句话说，这颗行星的表面可能流动着岩浆的海洋！并且在高温的作用下，岩浆甚至也会有一部分蒸发到空中，因此它应该有一个大气层，只不过气体的成分取决于行星岩石的组成物质，所以很有可能是硅酸盐和富含金属的恐怖大气层。
也有一种比较小的可能性，它仍然保留着含有氢气、氦气以及二氧化碳的大气，不过这部分大气非常薄。
200光年外，最大的超级地球被发现，表面流动岩浆海洋 第8张图片

上面提到的都是天文学家根据目前的数据推测的结果，未来还需要更多的观测加以证明。幸运的是，天文学家现在有工具能够进行这方面的观测，那就是美国宇航局的詹姆斯·韦布太空望远镜。它可以进行光谱分析，帮助我们了解TOI-1075b到底有没有大气层及其成分。
就算没有大气层，这颗行星也不会让我们失望，它有助于天文学家了解这种超级地球是如何失去大气的。


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