北京
我們從小熟悉的地球結(jié)構(gòu)——一個(gè)鐵鎳地核、一層巖石地幔、外面裹著薄薄的大氣——可能是宇宙中的少數(shù)派。
天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了五千多顆系外行星。其中數(shù)量最多的一類叫"亞海王星"：比地球大，比海王星小，直徑大約是地球的2到4倍。它們的近親"超級(jí)地球"稍小一些，可能早年就把氫氣丟光了。教科書里，這些行星的形成過程和地球差不多：鐵沉底，硅酸鹽浮上來，氫氣蓋在最上面。一層一層，涇渭分明。
但一篇?jiǎng)偺峤唤o《天體物理學(xué)雜志》的論文提出了一個(gè)麻煩的問題：在亞海王星內(nèi)部的溫度和壓強(qiáng)下，氫、硅酸鹽和鐵，真的還會(huì)乖乖分層嗎？
答案是否定的。當(dāng)溫度超過4000開爾文（約3700攝氏度），氫和熔融硅酸鹽會(huì)變得完全互溶。它們不再是油和水，而是變成一種流體。研究團(tuán)隊(duì)在arXiv上公開的預(yù)印本論文中算出了這意味著什么——而結(jié)果相當(dāng)反直覺。
這里有一個(gè)關(guān)鍵的分界線：1%。
如果一顆行星吸積的氫氣不到其總質(zhì)量的1%，它還會(huì)按老劇本走，形成一個(gè)像地球那樣的金屬地核。但如果氫氣超過這個(gè)閾值，整顆行星的內(nèi)部就會(huì)變成一團(tuán)均勻的混合流體：鐵、硅酸鹽、氫，全部攪在一起。沒有核，沒有幔，從表面往下幾千公里，成分幾乎一樣。
這和我們?cè)谡n本里看到的剖面圖完全不同。但更重要的是，它能解釋一些長期困擾天文學(xué)家的觀測(cè)現(xiàn)象。
第一個(gè)是"半徑間隙"。開普勒望遠(yuǎn)鏡和詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡都發(fā)現(xiàn)，在超級(jí)地球和亞海王星之間，行星數(shù)量明顯偏少。這個(gè)缺口是怎么來的？舊的分層模型一直很頭疼。但如果亞海王星年輕時(shí)把大量氫儲(chǔ)存在互溶的內(nèi)部，隨著行星冷卻、互溶區(qū)域收縮，氫氣慢慢釋放到外層大氣——半徑就會(huì)逐漸膨脹再收縮，自然在這個(gè)尺寸區(qū)間留下空白。
第二個(gè)是軌道周期與半徑的關(guān)系。行星離恒星越近，半徑似乎有特定的變化規(guī)律。互溶模型也能自然導(dǎo)出這個(gè)結(jié)果，而分層模型則需要額外假設(shè)。
換句話說，銀河系最常見的行星類型，其內(nèi)部可能根本不像地球那樣"有層次感"。我們以為的常態(tài)，可能只是局部特例。
這項(xiàng)研究目前還在同行評(píng)審階段。但它已經(jīng)指向一個(gè)更宏大的問題：當(dāng)我們用地球的經(jīng)驗(yàn)去推斷整個(gè)星系時(shí)，有多少偏見是我們自己沒意識(shí)到的？
地核這個(gè)概念，在地球上理所當(dāng)然。但在宇宙中，它可能才是需要解釋的那個(gè)例外。
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