最早行星或120亿年前形成 生命可能性增加(组图)

　　重元素――也就是天文学家们口中的“金属元素”是在恒星内部经由核聚变形成，并通过超新星爆发的形式向周围空间散播的。科学家们现在想知道，宇宙究竟是在何时开始具备允许行星形成的重元素丰度的？

　　研究显示岩石行星可以在不同的重元素丰度环境下产生，这就意味着在更大的范围内都有可能存在宜居行星，这也大大增加了宇宙中生命存在的可能性

　　新浪科技讯 北京时间9月10日消息，据物理学家组织网站报道，要想形成一颗行星，首先你需要非常大量的岩石，这就意味着大量的重元素，也就是质量大于氢和氦的元素。当初在塌缩过程中形成太阳和太阳系行星的原始星云中包含了这样的重元素，如铁，硅和镁，这些元素构成了岩石行星体，而其中含有的其它元素，如碳，氧，氮，钾和其它类似元素则是形成生命不可或缺的基本物质。

　　然而，在当时的原始星云中，这些物质仅仅占据微量成分，加起来一共仅占整个星云物质质量的2%左右，相比之下氢元素占74%，氦元素占24%。然而尽管比例很低，但其实际总量仍然相当惊人，根据现在的计算，这一原始星云中所含的重元素物质足以组成30个地球这样的行星。这些重元素――或者天文学家们所说的“金属”――在天文学中，科学家们将所有原子量大于氢和氦的元素都统称为“金属”。这些“金属”并非凭空产生，它们是恒星内部核聚变反应的结果，随后在超新星的剧烈爆发中被散播到宇宙各处，在空间中留下了形成行星的原始物质材料。要想形成如此之多的行星物质，那就意味着在此之前必须有恒星先行存在并消亡，在死亡的过程中将合成的重元素物质抛向空间之中，经过一代代恒星的不断积累，改变着宇宙中化学元素的成分分布。然而，要想形成一颗行星究竟需要多少这样的物质？宇宙中的重元素达到何种水平之后才能符合形成行星的条件？

　　重金属行星

　　我们生活的地球是在大约45.4亿年前由环绕太阳转动的一个原始行星盘逐渐形成的，这一说法会出现在任何天文学教科书中，人尽皆知。而我们生活的这个宇宙迄今已有137亿年，因此我们的太阳系诞生的历史仅仅只占到了宇宙整个历史的1/3。有没有可能在更加早的时期，宇宙中便已经有了岩石行星？直到最近，科学家们都不这么认为。因为主流的理论认为宇宙中不具备足够的用于构建行星的物质，直到大爆炸之后至少60~70亿年，这种可能性才开始出现。早期的系外行星研究也似乎支持这一观点，因为科学家们观察那些系外行星围绕运行的中央恒星，它们的金属度（也就是重元素含量）都和太阳相当或比太阳更高。而更高的金属度就意味着更晚的形成年龄。然而，最后的事实证明，当初阻碍我们更好地搜寻系外行星的那种偏见同样阻碍了我们对于“何种恒星周围可以形成行星” 这一问题的认识。

　　直到2009年，美国宇航局发射了开普勒空间望远镜之前，我们所知的绝大部分系外行星都是那种气态巨行星，它们在围绕恒星非常近的距离上运行，这当然仅仅是因为它们是所有系外行星中最容易被探测到的类型。这些行星看起来似乎更加倾向于在具有较高金属度的恒星周围形成。

　　然而开普勒望远镜的观测结果完全改变了我们对系外行星的认识。开普勒望远镜可以一次将大量系外行星收入视野，从而为我们观察这些外星世界提供一个前所未有的崭新视角。到目前为止，开普勒项目已经发现了2321颗疑似系外行星目标，其中有超过1/3是体积相对较小的岩石行星体，其中木星大小的气态行星仅占大约11%，另外还有一些海王星大小的，介于两者之间的类型，而在开普勒望远镜升空之前，人类已经发现的系外岩石行星数量屈指可数。

　　对于这些拥有系外行星的恒星进行的后续观察给出了让人出乎意料的结果。丹麦哥本哈根大学尼尔斯・玻尔研究院的拉尔斯・巴克哈尔（Lars Buchhave）表示：“我们发现较小行星的存在并不像那些较大行星那样和它们围绕运行的恒星的金属度之间存在那样强烈的相关性。”巴克哈尔是一个多国天文学家小组的负责人，该小组利用光谱对150颗恒星进行了研究，这些恒星周围一共有226颗疑似行星围绕运行。有关他们的工作论文在今年6月份在阿拉斯加安克雷奇召开的第220届美国天文学会会议上进行了提交，并随后发表在了《自然》杂志上。

　　瑞典伦德天文台的安德斯・乔纳森（Anders Johansen）是巴克哈尔研究论文的合著者，他说：“乍看起来这些巨行星对金属度的依赖性反而高于类地行星是有悖常理的。”只有当你停下来认真思考行星的形成过程时，事情才会逐渐变得清晰起来。行星从规模较小的原始核心到最终通过吸积过程成为行星体，这一过程对于木星这样的气态巨行星仍然存在争议：它们可以直接从太阳星云中像恒星那样冷凝形成吗？或者它们需要一个较大的核心首先形成，并吸引周围的原行星盘物质并以此实现迅速成长？

　　气态巨行星对高金属度恒星的“青睐”显示它们是通过核心吸积过程形成的，也就是形成一个相当于地球质量10倍的岩石内核，并用强大的引力在其周遭气体消散殆尽之前将它们积聚到了自己身上，因为在这之后大约1000万年，来自太阳的强烈星风开始吹起，将那些来不及被积聚的气体物质都吹散了。而在金属度较低的恒星周围，它将难以形成足够的重元素物质用来形成较大的原行星核，因此最终只剩下较小的岩石行星。因此乔纳森指出，对于岩石行星的另一种看法是将它们视为半途失败了的气态巨行星内核。
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