電腦模擬顯示:海洋行星可能有難以想像的海洋深度

(圖:NASA)

天文學家已在太陽系外發現許多行星如同地球一般繞著恆星公轉,並認為這些系外行星有機會孕育生命。而一項研究顯示,以電腦模擬更進一步發現,其中半徑約為地球 2-4 倍,所謂的迷你海王星(sub-Neptune,與海王星相似的系外行星),其實並非以氣體構成,而是具有難以想像深度的海洋。

海洋行星

事實上,天文學家目前仍未發現任何表面完全由液態水覆蓋,毫無任何陸地的海洋行星。僅有木衛二(Europa)與土衛二(Enceladus)符合此條件,但兩者都只是衛星。但根據行星形成模型所預測的,海洋行星是確實存在且非常常見。

哈佛大學(Harvard University)天文學家曾理博士(Li Zeng)的研究團隊,使用克卜勒望遠鏡(Kepler Space Telescope)與蓋亞任務(Gaia mission)蒐集的系外行星資料,分析數千顆系外行星。這些系外行星大部分距離其恆星,都比水星(Mercury)距太陽的距離近、半徑為地球的 2-4 倍,且主要分為兩種類型:由岩石組成的超級地球(super-Earth),或密度較低且尺寸較小的行星。在過去,後者被認為是由氣體組成的,但根據研究團隊的電腦模擬顯示,這些迷你海王星的大氣層規模並非如氣體行星一般大。

研究團隊也使用了周圍星雲氣體、含水冰、含鐵鎳的岩石、可能的複雜化學反應、溫度、冷卻速度、蒸發速度等數據,進行行星成長與發展的模擬,結果指出這些行星可能是海洋行星,其水含量可能達到 25-50 %之高,相較於地球含水量僅佔總質量的 0.025 %,這是難以想像的含量,因此這些行星的海洋深度可能達到數百或數千公里。

行星遷移

此模擬結果也延伸出行星遷移理論。因為海洋行星應該只能在較外圍的軌道形成,而若根據電腦模擬顯示,有許多的迷你海王星出現在內層,代表著行星可能會從外層朝內遷移。未參與此研究的波爾多大學(University of Bordeaux)天文學家肖恩·雷蒙德(Sean Raymond)對此表示:「如果這些海洋行星相當的普遍,這將是行星遷移理論最佳的證據,而且也是行星形成中相當關鍵的一步。」雷蒙德更進一步指出,在太陽系外圍的冥王星(Pluto),其水含量也正好是 25 %,與行星遷移理論符合。

未來發展

雖此研究僅是電腦模擬的結果,但提供下一代天文望遠鏡,如詹姆斯·偉伯太空望遠鏡(James Webb Telescope)觀測的方向。此外,這些行星也可能提供孕育生命的環境。牛津大學(Oxford University)的安德斯·桑德伯格博士(Anders Sandberg)表示:「雖然海洋行星並非孕育生命最完美的地方,其重元素都被埋沒在數百公里深的高壓冰下,但它們仍然比氣體行星更適合生命。」

參考資料:

  1. Dvorsky, G., & Dvorsky, G. (2019, April 29). Water Worlds Could Have Mind-Bogglingly Deep Oceans, New Models Suggest. Gizmodo
  2. Tangermann, V. (2019, May 01). Exoplanet “water worlds” could hold unfathomably deep alien oceans. Futurism
  3. Zeng, L., et al., (2019, May 14). Growth model interpretation of planet size distribution. PNAS DOI:10.1073/pnas.1812905116
Kyle
編輯,臺灣科技大學材料科學與工程系學生,平日喜歡閱讀、騎車,衝浪。

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