當前位置: 華文世界 > 科學

科學家最新發現:一顆超重行星體積比天王星小,重量卻是其五倍?

2024-08-13科學

在宇宙中,行星的總數遠遠超過恒星的總數。例如,單單在我們的太陽系中,就存在八大行星以及無數的矮行星、小行星和衛星。根據行星表面是否由巖石組成,行星可以被分為巖質行星和氣態行星兩大類。

太陽系中的八大行星裏,巖質行星和氣態行星各占四顆。水星、金星、地球和火星屬於巖質行星;而木星、土星、天王星及海王星則屬於氣態行星。

通常情況下,巖質行星的密度高於氣態行星。但是氣態行星的品質和體積通常比巖質行星大,因為氣態行星需要強大的重力來將瓦斯壓縮成液態,因此它們缺乏巖質表面。

以木星為例,其大氣層厚度超過3000公裏,其底層的巨大壓力足以將氫氣轉化為液態,因此它沒有巖質表面。木星的密度為每立方厘米1.326克,遠低於地球的每立方厘米5.5克的密度。木星是太陽系中最大的氣態行星,而地球是最大的巖質行星。巖質行星的品質越大,其密度通常也越高。

然而,存在一個品質閾值,用以區分巖質行星和氣態行星。這個界限通常被認為是地球品質的3到7倍。超過地球品質3倍的行星可能成為氣態行星,而超過7倍則幾乎肯定會成為氣態行星。

盡管如此,天文學家們也發現了一些例外情況,例如有些行星的品質超過地球的10倍,但它們仍然是巖質行星。最近的發現中,天文學家們發現了一顆令人震驚的行星,其密度幾乎是地球的兩倍,達到每立方厘米9.7克,但其品質竟然達到地球的73.2倍,這種巨大的品質和密度讓天文學家們非常驚訝。

這顆被稱為「超重行星」的行星位於538光年之外,編號為TOI-1853 b,圍繞一顆比太陽略小的橙矮星TOI-1853執行。這顆恒星的品質和直徑約為太陽的80%,而行星與恒星的距離非常近,其公轉周期僅為1.24地球日,約30個小時。由於靠近恒星,這顆行星的表面溫度高達1200℃。有研究推測,TOI-1853 b大部份可能是由巖石構成,但外層被一層薄薄的氫和氦瓦斯所包圍,其大氣層的品質大約只占地球品質的1%。

這顆新發現的行星體積約為地球的40多倍,略小於海王星(地球體積的58倍),但其品質卻是地球的73倍,而海王星的品質大約為地球的17倍。因此,雖然這顆行星體積不及海王星,其密度卻是海王星(每立方厘米1.64克)的6倍多,接近地球密度的兩倍,甚至超過了鐵的密度(每立方厘米7.85克)。

與天王星相比,TOI-1853 b更顯露出其異常之處。天王星的密度僅為每立方厘米1.27克,雖然體積是地球的65倍,但品質只有地球的14倍。相比之下,TOI-1853 b的體積約為天王星的70%,但品質卻相當於5.2個天王星。

對比土星,土星的密度在八大行星中最低,每立方厘米0.687克,僅稍高於水的密度,而土星的體積約為地球的745倍,品質為地球的95倍。而TOI-1853 b的品質相當於土星的77%,但其體積僅為土星的6%左右。

因此,TOI-1853 b的發現讓天文學家們感到非常驚訝,因為他們之前從未見過如此高密度的大型行星。對這顆行星的形成進行了推測,認為可能是之前一顆更大的行星在與另一顆行星發生超級大碰撞後形成的。巨大的撞擊導致了兩者外圍的瓦斯和較輕的物質的流失,其中一顆的內核部碎形成了現在的TOI-1853 b行星。行星內核的密度通常非常高,例如地球的地核部份密度被認為每立方厘米為10到15克甚至更高,這是因為在高溫高壓下重金屬物質的體積被壓縮所導致的。這項研究成果已於8月30日發表在【自然】雜誌上。

此外,筆者還認為另一種可能性,即恒星上的超級風暴可能將行星外層的大氣吹走。我們知道,太陽會產生太陽風,其速度高達每秒500到1200公裏,遠超炮彈的速度。如果太陽風足夠強烈,足以將行星的大氣層掃清。例如,太陽系的水星就沒有大氣,主要是因為太陽風的強烈作用。

而TOI-1853 b行星與其母星TOI-1853的距離比水星到太陽的距離(平均約5800萬公裏)要近得多,大約在300萬到600萬公裏之間。在如此近的距離上,如果TOI-1853恒星發生幾次極為強烈的恒星風暴,同樣可能會將TOI-1853 b上的大氣層吹走,這可能是其異常高密度的另一個原因。#深度好文計劃#