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科学家发现银河系外另类钻石行星,生命

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自从人类将制造出第一个天文望远镜对准天空的时候,我们就开始思考这个平凡又奥妙无穷的宇宙了。天文学家认为,在浩瀚的宇宙里,拥有数不尽的恒星和星系。每个星系又是众多行星的摇篮,合适的行星就是生命和智慧文明的摇篮。

富含钻石的新行星

文明开化以来,人类就对“天外来客”十分痴迷,因为浩瀚宇宙中,谁能说没有类似地球的行星存在?谁能否认其他生命形式的可能性?所以,天文学家一直坚信我们对银河系外的行星了解越多,就越有可能靠近“外星人存在之谜”的答案。从伽利略天文望远镜、哈珀天文望远镜,到中国贵州的天眼射电望远镜,人类已经在做出巨大的努力,试图揭开外星生命之谜。

一个星系孕育了众多行星

近日,发表在“行星科学”杂志的一项研究发现,在合适的条件下,银河系外存在不同元素组成的星系。在这些星系中的行星组成成分很单调,比如由二氧化硅组成,甚至铺满行星地幔的都是“钻石”。科学家从詹姆斯·韦伯太空望远镜和南希·格雷斯·罗马太空望远镜获取了大量的图片和数据。通过对这些资料进行细致的分析,他们在银河系外发现了一个富含碳元素的星系。

众所周知,尽管对外星生命形式究竟是碳基生物,还是其它形式存在大量争议,但是人们在寻找系外行星的时候还是“偏爱”碳元素富集的星系,因为这样就很容易发现我们的同类,也很容易基于我们的优势条件进行试验验证。

地球的硅酸盐和氧化物含量极高,而单纯的碳元素聚合物(石墨)或者钻石含量极低(仅为0.%)。当天文学家扫描其他恒星的时候,碳氧比例就是一个极好的观测指标,如果这个恒星拥有较高的碳氧比例,那么我们可以推测出恒星周围的行星“孩子”们也会是如此。不过,这种情况也有例外,比如在这个星系发现了含有极高钻石含量的行星。

外星生命假想

这颗“钻石行星”是怎么形成的呢?为什么会存在这个奇葩星球?科学家百思不解。唯一可能的解释就是:这个星系与我们太阳系截然不同。

可是,怎么验证这个假设呢?研究人员需要一个模型对这个假设进行验证(类似验证地球生命起源一样)。研究人员构建了一个拥有极端热量和压力的模型——金刚石砧盒,用这个盒子模拟系外行星的存在环境。

金刚石砧盒示意图

图注:左边图是一个不变的富含碳的行星,添加水后,在辐射和压力作用下,碳化硅为主的地幔会转变为硅和金刚石为主的地幔,如右图所示。此外,该反应还产生甲烷和氢气。备注:Screws:螺丝杆;electromagneticradiation:电磁辐射;ruby:红宝石;gasket:垫圈;backingplate:垫板。

钻石

在实验中,研究人员将碳化硅和水放入金刚石砧盒里,然后使用高强度电磁辐射加热样品,在不断照射的过程同时采用拉曼光谱仪器拍摄材料释放的X射线。通过对结果的分析,科学家发现结果与他们的预期相符,在高辐射和压力条件下,水和氧化硅发生反应变成了钻石和二氧化硅。为了方便读者理解这颗富含碳元素的行星是如何变为“钻石行星”的,科学家画了一个地幔变化示意图,如下:

地幔演变示意图

研究人员认为,在存在水的条件下,加上辐射和压力等外界条件,碳化硅为主的行星可以逐渐转变为金刚石为主,同时释放甲烷和氢气到大气中。

随着时间的推移,这颗星球将会变成“钻石星球”,这其实说明了两个问题:第一,宇宙中存在极端的环境,可以产生很多优势资源用于平衡宇宙的生态;第二,如果这颗行星存在生命的话,它们的形式肯定不是碳基生命,为什么呢?因为钻石形成的过程是依赖极端环境如高强度电磁辐射、温度和压力等,这些不利于多样性生命的生存繁衍,另外钻石行星的地幔和大气循环,不利于形成合适的闭环生态系统。

图:研究数据支持。拉曼位移是对用于加热材料的原始激光与散射激光与样品相遇后的能量之间的能量变化的度量。黑色光谱是在样品未加热的部分测量的,红色光谱是在加热的部分测量的。约/cm处的红色尖峰表示实验期间形成的金刚石晶体。

科学家认为,一个行星是否宜居或者是否存在生命,不仅仅取决于温度和距离母星的距离,也与这颗行星的地质运动息息相关。地质运动对维持生命至关重要,比如地球的板块构造和板块运动,随着地震、海啸和火山喷发,地球维持了所有碳基生命所需的“碳元素循环”。

地球板块运动和构造

不管是宇宙深空中的系外行星,还是银河系繁杂的类地行星,尽管人们十分痴迷,但是遗憾的是,我们对这些行星还知之甚少。随着观测技术进步和人类航天科技发展,我们对类地行星的研究将会取得巨大进步,届时外星生命是否存在,是什么形式,如何与地球居民共存,这些问题的答案也就逐渐明晰。




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