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一颗系外行星能承受多长时间的放射性衰变

2022-05-09 11:33     来源:Stefanie Waldek     宇宙射线

比较了系外行星的 TRAPPIST-1 系统和内部太阳系的插图。 (图片来源:NASA/JPL-Caltech)

随着在宇宙中寻找生命的继续进行,科学家们已经知道在恒星的宜居带(行星可以容纳液态水的区域)中找到岩石行星是不够的,这是我们所知道的生命的必要条件。

这只是起点。事实上,其他因素,如氮,可能在行星的宜居性以及陆地与海洋的比例中发挥作用。现在,一组科学家认为,支持生命的岩石系外行星的一个关键特征是它必须年轻——最多只有几十亿年。这是因为,为了维持生命,行星需要足够的热量来驱动碳循环,而碳循环通常是由于铀和钍等元素的放射性衰变而产生的。

“没有主动脱气的系外行星更有可能是寒冷的雪球行星,”主要作者、德克萨斯州西南研究所的研究科学家 Cayman Unterborn 在一份声明中说。“气候温和的年轻行星可能是寻找其他地球最简单的地方。”

反过来,这种放射性衰变会导致行星表面发生火山脱气——将行星内的气体通过火山释放到大气中。脱气向大气中贡献二氧化碳并继续碳循环。但科学家们在一篇新论文中解释说,较老的行星可能已经消耗了它们的放射性资源,因此可能无法保持它们的热量。

“我们知道这些放射性元素是调节气候所必需的,但我们不知道这些元素能做到这一点多久,因为它们会随着时间的推移而衰减,”Unterborn 说。“此外,放射性元素在整个银河系中的分布并不均匀,随着行星的老化,它们可能会耗尽热量,脱气也会停止。”

那么一颗系外行星能承受多长时间的放射性衰变呢?因为每颗系外行星上放射性元素的数量可能会有所不同,所以这些时间框架也会有所不同。

“在最悲观的条件下,我们估计对于地球质量的行星来说,这个关键年龄只有大约 20 亿年,而在更乐观的条件下,对于质量更高的行星来说,这个临界年龄将达到 5 [00 亿] 到 60 亿年,”Unterborn 说。

问题是,目前的技术无法确定系外行星上存在哪些元素。目前,行星的组成只能通过观察行星恒星发出的光来推断,这可以表明整个系统中可能存在哪些元素。

但是通过詹姆斯韦伯太空望远镜,科学家们将能够确定系外行星大气的组成,从而揭示更多关于系外行星年龄的线索,从而揭示这些行星被放射性衰变和表面脱气加热的潜在能力。



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