水世界的系外行星比我們想像中更常見


一項研究有關圍繞紅矮星運行的系外行星顯示,我們可能錯過了一群「水世界」的天體,即是行星中有高達50%是由水所組成。然而並非所有這些行星都全部由液體海洋所覆蓋。

芝加哥大學的天文學家拉非·盧克(Rafael Luque)估計,大部分的水份會以水合礦物質的形式結合在一起。他表示,這麼多水世界圍繞銀河系中最常見的天體類型運行的證據令人驚訝,這個發現對尋找適居行星產生巨大的影響。

我們用肉眼看不到的紅矮星,但這些恆星數量驚人。據估計,銀河系中73%的恆星由紅矮星組成。它們的質量最多只有太陽的一半,由於低核融核速率,使到它們的壽命是所有恆星中最長。

宇宙只有一百三十八億年的歷史,還不足以讓紅矮星活到完整的一千億年壽命。因為它們很暗,因此,在紅矮星周圍尋找系外行星是很困難的。目前在5,084顆已經證實的系外行星中,只有一小部分是在紅矮星周圍發現。

天文學家主要觀察兩種訊號來確定系外行星的特徵。第一種是當繞行的系外行星從地球和它的母恆星之間經過時,恆星光線會有規律微弱變暗。第二種是母恆星與系外行星互繞時,母恆星時而遠離時而靠近觀測者,造成光波長會細微的增加或縮短。

利用這些數據及恆星到地球的距離(可得知它發出多少光),就可測量這顆系外行星的半徑和質量,並得出它們的密度,便可以推斷組成的性質。低密度意味著系外行星有大量的大氣層,如氣態巨行星。高密度意味著岩石世界,如地球、金星或火星。

天文學家對四十三顆繞紅矮星運行的系外行星進行密度研究。這些系外行星分為兩類:岩石系外行星和大氣層厚的氣體行星。但研究團隊發現奇怪的第三類:系外行星密度是介於氣態行星和岩質行星之間。

得到的結論是,這些系外行星的岩石成分和一些較輕的物質混合在一起,比如水。但是這些行星離母恆星太近了,表面不可能有液態水。這些行星比較像木衛三,大約一半是岩石,一半是水,水隱藏在岩石和冰殼下。或者如同月球,水分子和礦物質結合在一起。如果這個結論是正確的,意謂,這些行星必須在離母恆星更遠的地方形成,然後向內遷移到現在的位置。

不過在沒有進一步證據之前,目前不可能做出有利於這種模式的判決。

【圖:歐洲南方天文台;文:節錄自台北市立天文科學教育館網頁】研究全文刊登在2022年9月8日出版的《科學》期刊;標題是:Density, not radius, separates rocky and water-rich small planets orbiting M dwarf stars

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