人类实验室模拟了超级地球的环境 ， 适宜居住的标准不再唯一？
地球的伟大在于它是一个宜居行星 ， 才能创造出如此幸运的生命 。 在地球的深处 ， 有一个液态的外核和一个固态的内核 ， 它们彼此反向旋转 。 这就产生了发电机效应 ， 产生了地球的行星磁场 ， 也被称为磁层 ， 这个磁场通过防止地球大气层消失到太空中来保持我们的气候稳定 。 因此 ， 当研究岩石系外行星时 ， 科学家们自然想知道它们是否也有磁层 。
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不幸的是 ， 在我们能够测量一颗系外行星的磁场之前 ， 我们不得不根据现有的证据来推断它们的存在 。 这正是桑迪亚国家实验室的研究人员用其Z脉冲功率设备(PPF)所做的事情 。 他们与卡耐基科学研究所(Carnegie Institution for Science)的合作伙伴能够复制“超级地球”的重力压力 ， 看看它们是否能产生磁场 。
当涉及到测量行星的可居住性时 ， 科学家们被迫采取所谓的“低挂的果实”方法 。 这意味着要寻找类似地球的行星 ， 也就是岩质行星 ， 其稠密的大气由氮、氧、二氧化碳、甲烷和其他气体组成 。 另一个关键的考虑因素是行星是否在其母恒星的宜居带(HZ)内运行 。
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在这一范围内运行的行星将经历足够温暖的温度 ， 以维持其表面的液态水 。 然而 ， 正如科学家们近年来注意到的 ， 地质活动也是维持地球宜居性的一个主要因素 。 尽管观察太阳系外行星的大气成分将会是第一个方法寻找地外生命的信号 ， 但是一颗行星的表面可居住表现在许多方面 。
近年来 ， 对系外行星的调查已经在3216个系统中发现了不少于4341颗系外行星(还有5742颗候选行星等待确认) 。 在这些被证实的行星中 ， 有1340颗被确定为岩石行星 ， 质量是地球的许多倍 ， 大小是地球的8倍 ， 因此被命名为“超级地球” 。 进行这些测量的能力对于建立超级地球内部结构的可靠模型至关重要 ， 超级地球的质量可达地球的8倍 。 这些结果将对我们解释观测数据的能力产生深远影响 。 不过摆在科学家们面前的问题是 ， 这些超级行星是否真的与地球类似 ， 具有活跃的地质过程、大气和磁场 。 换句话说 ， 这些奇异的、巨大的岩石行星是否像我们所知的那样能够维持生命?
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Z PPF位于新墨西哥州阿尔布开克市的桑迪亚国家实验室中心 ， 它依靠特殊的仪器——如多砧装置、活塞缸和钻石砧室——来模拟行星内部的高压和温度条件 。 这样一来 ， 他们就能够测量系外行星的物理特性 ， 并模拟它们的引力环境 。
为了他们的研究 ， 卡耐基/SNL团队复制了“超级地球”的重力压力 ， 将相当于巨大重力压力的物质以近乎瞬间的方式应用到“超级地球”上 。 这种矿物是岩石行星内部最丰富的物质 ， 曾被用来模拟超级地球的地幔物质 。
通过将“超级地球”置于Z机器产生的超高速冲击波中 ， 研究小组能够重现代表超级地球内部的压力 。 在这种情况下 ， 研究小组发现“超级地球”的熔点非常高 ， 这一发现可能会对超级地球的内部动力学产生严重影响 。
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正如他们在研究中指出的那样 ， 在特定的热演化场景下 ， 巨大的岩石行星可能会在演化早期形成热驱动的地球发电机 。 然而 ， 当行星内部的冷却减缓时 ， 这种发电机效应可能会消失 ， 只会由于较轻元素的运动和内核的结晶而重新启动 。
根据他们对“超级地球”内部状况的分析 ， 该团队还列出了可能值得进一步研究的七颗行星 。 这些包括55 Cancri e ， 开普勒-10 b ， 开普勒-36 b ， 开普勒-80 e ， 开普勒-93 b, CoRoT-7 b ， 和HD-219134 b 。 科学家们发现这些行星最可能支持生命 ， 因此被选择进行进一步研究 ， 因为它们在铁、硅酸盐和挥发性气体方面与地球有相似的比例 ， 此外 ， 内部温度有利于维持磁场 ， 以保护太阳风 。
超级地球已经成为人们关注的焦点 ， 因为它们更大的尺寸和质量意味着它们会产生巨大的引力压力 。 因此 ， 这些行星很可能会保持它们的大气层更长的时间 ， 确保生命有更好的机会出现并进化到更复杂的状态 。
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它们巨大的质量也意味着它们内部的压力和温度条件更有可能导致地球发电机 。 正如科学家解释的那样 ， 地球和火星之间的对比说明了这是如何运作的 。 因为火星更小 ， 一开始它的引力场就更弱 ， 然后随着它的核心迅速冷却 ， 它失去了磁场 ， 它的大气层随后被剥离 。
【超级地球|桑迪亚国家实验室模拟超级地球环境，地球不再是唯一？】系外行星研究领域在过去几十年里突飞猛进 ， 这已经不是什么秘密了 。 未来几年 ， 下一代仪器将被送入太空或在地球上投入使用 。 预见到这一点 ， 科学家们正在努力开发模型、方法和框架 ， 以实现更快速的特性描述 。 这些卫星不仅能告诉天文学家他们需要观察的地方 ， 还能帮助天文学家识别可能表明生命存在的迹象 。 到目前为止 ， 对地球以外生命的探索一直都很艰难 ， 而且还在继续 ， 也许以后也会一直如此 。 但它也会变得更令人好奇！
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