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科学家最新发现:一颗超重行星体积比天王星小,重量却是其五倍?

2024-08-13科学

在宇宙中,行星的总数远远超过恒星的总数。例如,单单在我们的太阳系中,就存在八大行星以及无数的矮行星、小行星和卫星。根据行星表面是否由岩石组成,行星可以被分为岩质行星和气态行星两大类。

太阳系中的八大行星里,岩质行星和气态行星各占四颗。水星、金星、地球和火星属于岩质行星;而木星、土星、天王星及海王星则属于气态行星。

通常情况下,岩质行星的密度高于气态行星。但是气态行星的质量和体积通常比岩质行星大,因为气态行星需要强大的引力来将气体压缩成液态,因此它们缺乏岩质表面。

以木星为例,其大气层厚度超过3000公里,其底层的巨大压力足以将氢气转化为液态,因此它没有岩质表面。木星的密度为每立方厘米1.326克,远低于地球的每立方厘米5.5克的密度。木星是太阳系中最大的气态行星,而地球是最大的岩质行星。岩质行星的质量越大,其密度通常也越高。

然而,存在一个质量阈值,用以区分岩质行星和气态行星。这个界限通常被认为是地球质量的3到7倍。超过地球质量3倍的行星可能成为气态行星,而超过7倍则几乎肯定会成为气态行星。

尽管如此,天文学家们也发现了一些例外情况,例如有些行星的质量超过地球的10倍,但它们仍然是岩质行星。最近的发现中,天文学家们发现了一颗令人震惊的行星,其密度几乎是地球的两倍,达到每立方厘米9.7克,但其质量竟然达到地球的73.2倍,这种巨大的质量和密度让天文学家们非常惊讶。

这颗被称为「超重行星」的行星位于538光年之外,编号为TOI-1853 b,围绕一颗比太阳略小的橙矮星TOI-1853运行。这颗恒星的质量和直径约为太阳的80%,而行星与恒星的距离非常近,其公转周期仅为1.24地球日,约30个小时。由于靠近恒星,这颗行星的表面温度高达1200℃。有研究推测,TOI-1853 b大部分可能是由岩石构成,但外层被一层薄薄的氢和氦气体所包围,其大气层的质量大约只占地球质量的1%。

这颗新发现的行星体积约为地球的40多倍,略小于海王星(地球体积的58倍),但其质量却是地球的73倍,而海王星的质量大约为地球的17倍。因此,虽然这颗行星体积不及海王星,其密度却是海王星(每立方厘米1.64克)的6倍多,接近地球密度的两倍,甚至超过了铁的密度(每立方厘米7.85克)。

与天王星相比,TOI-1853 b更显露出其异常之处。天王星的密度仅为每立方厘米1.27克,虽然体积是地球的65倍,但质量只有地球的14倍。相比之下,TOI-1853 b的体积约为天王星的70%,但质量却相当于5.2个天王星。

对比土星,土星的密度在八大行星中最低,每立方厘米0.687克,仅稍高于水的密度,而土星的体积约为地球的745倍,质量为地球的95倍。而TOI-1853 b的质量相当于土星的77%,但其体积仅为土星的6%左右。

因此,TOI-1853 b的发现让天文学家们感到非常惊讶,因为他们之前从未见过如此高密度的大型行星。对这颗行星的形成进行了推测,认为可能是之前一颗更大的行星在与另一颗行星发生超级大碰撞后形成的。巨大的撞击导致了两者外围的气体和较轻的物质的流失,其中一颗的内核部分形成了现在的TOI-1853 b行星。行星内核的密度通常非常高,例如地球的地核部分密度被认为每立方厘米为10到15克甚至更高,这是因为在高温高压下重金属物质的体积被压缩所导致的。这项研究成果已于8月30日发表在【自然】杂志上。

此外,笔者还认为另一种可能性,即恒星上的超级风暴可能将行星外层的大气吹走。我们知道,太阳会产生太阳风,其速度高达每秒500到1200公里,远超炮弹的速度。如果太阳风足够强烈,足以将行星的大气层扫清。例如,太阳系的水星就没有大气,主要是因为太阳风的强烈作用。

而TOI-1853 b行星与其母星TOI-1853的距离比水星到太阳的距离(平均约5800万公里)要近得多,大约在300万到600万公里之间。在如此近的距离上,如果TOI-1853恒星发生几次极为强烈的恒星风暴,同样可能会将TOI-1853 b上的大气层吹走,这可能是其异常高密度的另一个原因。#深度好文计划#