科學家發現一顆古老的“超級地球”

茫茫宇宙中，演化出生命的地球是唯一的嗎？為了尋找答案，科學家一直在探測與地球類似的巖質行星——類地行星。它們大多處于其主星的宜居帶內，可能有著適宜生命誕生及生存的環境條件。

日前，據國外媒體報道，一個國外研究團隊發現了一顆“超級地球”TOI-561b。研究人員推測，TOI-561b的體積要比地球大50%，質量大約是地球的3倍，但密度卻和地球差不多。

一般而言，一顆行星越老，它的密度可能就越小，因為在它形成時沒有那么多的重元素可用，所以，研究人員認為，TOI-561b是迄今為止發現的最古老的巖質行星之一，它的存在表明宇宙或從140億年前就開始形成巖質行星。

行星形態各異，或源于誕生位置的不同

“超級地球”可能存在著與地球一樣的巖質地表結構。但行星并非只有巖質行星一種，還有氣態巨行星等。這些不同結構、不同特性的行星是如何形成的呢？

中國科學院云南天文臺研究員郭建恒說：“一般認為，在行星形成過程中，會先形成一個密度較高的金屬或者巖石內核，這個內核進一步吸積周圍的氣體，進而形成行星。”

同樣的誕生過程，為何會形成不同形態的行星？中山大學副教授劉尚飛表示，氣態巨行星和巖質行星形成的時間和位置不同。氣態巨行星形成于行星系統較早期，其形成時所處的位置距離主星較遠，以太陽系為例，大約是3～4倍日地距離以上，此時原行星盤有較多的氣體，因而當自身形成一個較大的金屬核后可以大量吸積氣體從而形成質量像木星那么大的氣態行星。

而巖質行星則一般是在原行星盤氣體消散后，在距離主星較近的位置，即3～4倍日地距離以內，由很多較小的行星胚胎在貧氣體環境中經過大量的碰撞后形成的。郭建恒解釋道，在這個過程中，行星外殼處在熔融狀態，會持續釋放出富含水、二氧化碳和甲烷等氣體，形成次生大氣，太陽系內巖質行星的大氣成分，就被認為和這一過程有關。而且，對于較小質量的行星，由于其自身引力較弱，還會導致兩種結果：一是其吸積的氣體質量有限;二是其吸積的氣體可能在主星的“光致蒸發”作用下逃逸，從而形成一顆沒有大氣或者薄氣體包裹的天體。所謂“光致蒸發”，即由于受到主星強烈的輻照，行星的氣體包層經過長期的演化可能會損失殆盡。TOI-561b很可能就是一顆這樣的天體，它離主星的距離只有地球到太陽的1/100，因此在主星長時間的強輻射下，大部分氫氦氣體的包層被蒸發了，留下了目前所看到的，幾乎是巖質的行星。

金屬含量不同，或能揭示行星形成機制

TOI-561b的年齡大約為100億年。在它形成的時候，其主星周圍的重元素豐度可能相對較小，因此有一種可能是不容易形成鐵鎳的金屬內核。但組成巖石的化學元素是足夠的，因此形成了巖質內核。不過，郭建恒也提醒道，由于TOI-561b的平均密度和地球差不多，并不能完全排除它的內部有一個小的金屬核心。

那么，TOI-561b上是否有生命存在的可能性呢？郭建恒坦言，包括TOI-561b在內，目前發現的絕大多數“超級地球”距離恒星都非常近，極高的溫度以及強烈的輻射可并不是生命的“福音”。

科學家普遍猜測，在“超級地球”形成的時候，其巖質內核外是有氫氦氣體包層存在的，或許正是由于“光致蒸發”作用，讓一顆行星即使在形成之初擁有類似氣態巨行星那樣的濃厚氣體包層，在經過長期的“光致蒸發”作用后，仍可能只剩下一顆裸露的行星核。

TOI-561b的發現，預示著宇宙早期行星或存在“光致蒸發”現象。

科學家推測，“超級地球”不應該在距離恒星如此近的位置誕生。導致這一現象的原因，很可能是“超級地球”原本在距離恒星相對較遠的地方形成，然而通過某種方式“遷移”到目前的位置，“遷移”的具體機制目前尚無定論。

行星是伴隨恒星誕生的，如果一顆恒星形成在宇宙極早期，那么通過恒星內部核反應和超新星爆炸產生的鐵鎳等重元素不夠多，形成恒星和行星的物質中包含的鐵鎳等重元素自然也不夠多。因此，可以推論出圍繞其運行的行星巖質成分較多，平均密度較低。同理，如果一顆恒星形成在宇宙誕生更晚的時間，那么形成恒星和行星的物質中包含的鐵鎳等重元素足夠多，更容易形成含鐵鎳的金屬內核，行星的平均密度也比較高。

因此，行星形成的環境和恒星的演化及爆發現象密切相關，此次研究對于探索行星的形成和起源具有一定的推動作用，即這些古老的行星是如何在較低重元素的環境下形成的，與那些在高重元素環境下形成的行星相對比，能夠幫助我們更好地探索行星的形成機制。