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http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1136文學家使用哈柏太空望遠鏡光譜資料發現一種硬質行星的組成基本要素可能含高蓄水量。他們認為這些原本來自岩質行星的殘骸運行軌道是環繞在一顆白矮星GD 61四周,原屬某行星系統、已經經過了母恆星燃燒殆盡過程,在過程中雖備受炙熱考驗不過迄今僥倖存留。本項發現認為GD 61是距離地球150光年外,一顆已經進入恆星生命週期晚年的白矮星,並且在這個恆星系統中,可能有類地行星存在。
可曾漫步沙灘或出海賞鯨嗎?望向遼闊大海,恐怕難以想像到,地球其實是顆很「乾」的行星吧?地球表面上的水只佔地球總質量0.02%。事實上當地球在46億年前成形以後,又等了幾百萬年才有海洋出現。這些水的源頭來自何方?目前仍無定論,但乾涸的地球當初曾受到太陽系裡一些含水量豐富的小行星撞擊且澆灌,可能性極高。
劍橋大學研究人員Jay Farihi表示,「由含水量高的基本要素所構成的系外行星數量很多,事實上可能相當常見」,他進一步說明,這是因為理論上只要能形成小行星的系統應該都能形成行星,而GD 61系統中含有很多能把豐沛水量帶送到行星表面的成分。或許大家都已熟悉天文學上認定行星「是否與地球相似」或「是否適居」的標準,即是以含水或不含水來界定,所以,研究人員強調,雖然精確地得知這些行星各從哪一類很不容易,但此發現的重點是,「在GD 61系統裡幾乎確定有行星存在,且這系統中發現一些成分,能為其行星表面帶來大量的水。」。這項研究由知名期刊Science刊出。
在哈柏望遠鏡的COS光譜儀協助下,Farihi等人觀測分析了一些朝GD 61下落的殘骸具有那些化學成分。這項發現能補足其他主要天文觀測的結論,因為其他觀測方法的研究基礎都建立在行星大小及密度等方面,未探討到成分分析,所以這項新成果帶來了新的重要價值。
研究團隊表示,探討一顆距離我們遙遠的行星究竟由什麼成分組成,唯一最可行的辦法就是把它支解,這個難點在此案例中,感謝強大的潮汐力藉重力施加拉扯,已經自然完成。接下來是運用成分分析技術,研究人員能看清楚岩質行星的化學成分,而特別的是,這種觀測法和其他系外行星的觀測法完全不同,獨立而客觀。
這顆白矮星GD 61的前身,是一顆比太陽更高溫且更明亮的恆星,也因此它燒得特別快,只花了15億年就燒完了(相較之下,我們的太陽的燃燒時間要十倍之久)。
NASA的遠紫外線觀測站FUSE最早曾於2008年就在這矮星的大氣中發現過豐富氧分子。後來天文學家弄明白,這其實透露的訊息是:「有物質正在朝恆星下落」,造成根本不含氧的大氣裡竟出現氧分子的訊號。典型白矮星大氣則應該都是純氫或純氦才對。針對白矮星大氣受「汙染」案例,NASA在2011年派出史匹哲太空紅外望遠鏡幫忙觀測,結果顯示緊密貼近在這顆恆星週邊軌道有一圈盤狀殘骸物質,正朝該恆星下落,這番調查後,讓汙染純潔大氣的兇手現出原形。
要精確測量位在GD 61附近殘骸物質究竟含有多少氧,透過紫外線波段觀測是唯一方法,這種觀測非得遠離地球大氣層不可,換言之,必須進入太空。研究人員獲得哈柏太空望遠鏡COS光譜儀協助取得所需資料後,再加上分析的功夫,此外,另外一項不可或缺的工具是經由電腦演算出白矮星大氣模型剖析各種元素的豐量如何,這部分由德籍的團隊成員負責。
研究者將這份成分分析結果與先前地面望遠鏡如凱克等所取得的成分表爬梳比對後發現,兩者成分同樣是含有鎂、矽、鐵和氧,這也就是一般岩石的主要成分。計算這些個別成分和氧之間的比例數值是多少,能推算出白矮星大氣中含有多少氧,結果發現氧成分的比例以純粹岩質成分來說,高得離譜。氧超量可能來自水,或一氧化碳,或二氧化碳,既然這顆恆星很明顯地完全不含碳,這也意味著它是有很多水。研究員還特別指出,極低的碳含量已排除了這些水可能源自於彗星之可能。因為已知彗星的含水量和含碳量都同樣豐富。
該團隊藉哈柏巡天資料遍搜100顆白矮星,目前分析還繼續進行,團隊粗估其中有1/5矮星仍繼續著行星殘骸吸積,這個比例甚至有可能上看1/2。
小行星落入恆星殘骸的過程是怎麼發生的呢?目前這方面的最佳理論是按太陽系中,我們看到木星如何攝動主要小行星帶的那個模型,從推演得知。小行星帶中有一道Kirkwood空隙(Kirkwood Gaps),等於一條陰陽界,小行星越過一步能量就被木星吃掉,其中有些運氣不好,軌道變成直奔太陽,最後命運難逃灰飛煙滅。
史匹哲望遠鏡的紅外觀測得知,類似GD 61母恆星的類太陽恆星都有一圈內殘骸帶,這和太陽系的小行星帶類似。有趣的是這些系統似乎都有一個缺口狀的結構在內小行帶的外圍邊上,這缺口可由一個或好幾個行星造成。「看來故事情節大致是這樣:要是某個行星的位置正好在小行星帶的旁邊,這傢伙就會害它的其他行星兄弟相繼投奔太陽火坑,這模型似乎在和太陽系類似的許多恆星系統中很流行。」
地球基本上是一顆很乾的行星,和總質量相比,水只佔五千分之一比例。海洋,在地球形成以後頗久出現,這些海洋之水從何處來?最可能的說法是,太陽系裡有些含水量豐富的小行星,它們撞上地球時為地球帶來了水。