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富含碳的系外行星可能是由钻石制成的–“不同于我们太阳系中的任何东西”

时间：2022-05-08 18:25:04 来源：

富含碳的行星，其中金刚石和二氧化硅为主要矿物质的插图。水可以将碳化物行星转化为富含金刚石的行星。在内部，主要矿物是金刚石和二氧化硅（图中的晶体层）。核心（深蓝色）可能是铁-碳合金。

随着像NASA的哈勃太空望远镜，TESS和开普勒这样的任务继续提供关于系外行星（围绕其他恒星的行星）特性的见识，科学家越来越能够将这些行星的外观，它们的构成以及是否可以可以居住，甚至可以居住。

在最近发表在《行星科学杂志》上的一项新研究中，来自亚利桑那州立大学和芝加哥大学的一组研究人员确定，在适当的情况下，某些富含碳的系外行星可以由钻石和二氧化硅制成。

美国亚利桑那州立大学地球与太空探索学院的主要作者哈里森·艾伦·萨特说：“这些系外行星与我们的太阳系不同。”

不变的碳行星（左）从碳化硅为主的地幔转变为二氧化硅和金刚石为主的地幔（右）。该反应还产生甲烷和氢气。

当恒星和行星形成时，它们是从同一气体云中形成的，因此它们的整体组成是相似的。碳氧比较低的恒星将拥有像地球一样的行星，该行星由硅酸盐和氧化物组成，金刚石含量非常少（地球的金刚石含量约为0.001％）。

但是具有比我们的太阳更高的碳氧比的恒星周围的系外行星更有可能富含碳。Allen-Sutter及其合著者，ASU的Emily Garhart，Kurt Leinenweber和Dan Shim以及芝加哥大学的Vitali Prakapenka和Eran Greenberg假设，如果水（如果是水，存在于宇宙中，创造出富含钻石的成分。

在钻石-砧座中，将两颗宝石品质的单晶钻石成形为砧（照片中为平顶），然后彼此面对。将样品加载到底槽之间（平坦的表面），然后将样品压缩在砧座之间。

为了验证这一假设，研究团队需要使用高温和高压来模拟硬质合金系外行星的内部。为此，他们在合著者Shim的地球和行星材料实验室中使用了高压金刚石砧室。

首先，他们将碳化硅浸入水中，并在钻石之间将样品压缩至非常高的压力。然后，为了监测碳化硅与水之间的反应，他们在伊利诺伊州的阿贡国家实验室进行了激光加热，并在高压下激光加热样品的同时进行了X射线测量。

正如他们所预测的那样，在高温和高压下，碳化硅与水发生反应，变成了金刚石和二氧化硅。

这张照片中的圆柱状物体是钻石砧室。金刚石砧盒安装在铜支架中，然后插入同步加速器的X射线/激光束路径中。这张照片显示了钻石砧和细胞座在进行X射线/激光实验对准之前的位置。

到目前为止，我们还没有在其他行星上找到生命，但是搜寻仍在继续。行星科学家和天体生物学家正在太空和地球上使用复杂的仪器来寻找行星，这些行星具有正确的特性，并且在恒星周围的位置可能存在生命。

但是，对于本研究的重点是富含碳的行星，它们可能不具备生命所需的特性。

虽然地球具有地质活跃性（可居住性的指标），但这项研究的结果表明，富含碳的行星太难于具有地质活跃性，而缺乏地质活动可能会使大气成分无法居住。大气对生命至关重要，因为大气可以为我们提供呼吸空气，保护免受恶劣空间环境的影响，甚至可以提供压力以容纳液态水。

“不管是否适合居住，这都是帮助我们理解和表征不断增加和改进的系外行星观测的又一步骤，”艾伦-萨特说。“学到的知识越多，我们就越能更好地解释来自詹姆斯·韦伯太空望远镜和南希·格雷斯·罗马太空望远镜等未来任务的新数据，从而了解我们太阳系以外的世界。”

参考：H. Allen-Sutter，E。Garhart，K。Leinenweber，V。Prakapenka，E。Greenberg和S.-H所著的“碳化物系外行星的内部氧化”。 Shim，2020年8月26日，《行星科学杂志》。
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