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在其他星球上寻找水源实现了巨大的飞跃

一股红色的气体喷流从正在形成的恒星HH-30发出,该恒星被原行星盘包围。

近几个月来,在其他行星体上寻找水的工作取得了巨大进展。11月,美国国家航空航天局宣布在月球上发现了大量的水。本月早些时候,卡西尼号宇宙飞船获得了土星卫星之一恩克拉多斯的数据,这些数据可能证实了地表下液态水的存在。

当这些任务在我们的太阳系中搜寻水的踪迹——这是生命的必要条件——一群科学家正在眺望光年外的太阳系。最近发表在《天体生物学》杂志上的一项研究描述了使用红外光谱对年轻的太阳系外恒星周围的灰尘进行建模,试图检测被称为层状硅酸盐的含水矿物的存在。

层状硅酸盐最简单的例子之一是粘土矿物。水是它们化学结构的重要组成部分。

密苏里州立大学物理、天文和材料科学系客座教授、亚利桑那州立大学地球与太空探索学院附属机构梅丽莎·莫里斯说:“如果你发现了层状硅酸盐,你最有可能找到液态水。”“目的是试图确定我们是否真的能探测到这些几乎总是由液态水与岩石相互作用产生的水合矿物的奇妙特征。”

为了确定太阳系外行星的表面是否含有水,科学家们可以观察所谓的原行星盘,即在恒星发展的早期阶段围绕恒星的气体和尘埃盘。科学家们认为,行星是通过粒子之间的引力和静电相互作用从原行星盘中诞生的。因此,如果科学家能够确定围绕年轻恒星运行的尘埃盘的元素组成,他们就应该能够预测最终会形成什么样的行星。

一种观点认为,地球从原行星盘中存在的小行星或类小行星中获取地表水。这项研究的作者对其他太阳系中潜在的类地行星使用了同样的假设。因此,如果在一颗年轻的太阳系外恒星的原行星盘中发现层状硅酸盐,那么人们的假设是,水很可能会在后来诞生于该盘内的行星表面发现。”(当然,正如水星、金星和火星所示,其他条件会影响岩石行星最终是否有水。)

科学家们希望有一天能使用斯皮策太空望远镜和平流层红外天文观测站(SOFIA)等仪器来确定黄道带外尘埃非极原行星盘的组成。然而,在这之前,科学家必须首先确定是否有可能在这些遥远的系统中探测到特定的矿物。这项研究帮助科学家确定在磁盘中寻找什么特征。

通过研究其排放特征,确定了粉尘的成分。一种常见的方法是使用红外光谱法通过物质吸收或发射的红外波长来识别物质。这个程序通常用于探测行星体上的水。

Morris和她的同事们首先对不含水合矿物、卟啉硅酸盐的尘埃的红外光谱特征进行了建模。然后,他们通过添加占总混合物3%的层状硅酸盐来改变矿物混合物。

在这篇论文中,Morris和她的合著者、亚利桑那州立大学的Steve Desch声称,中红外光谱中表明层状硅酸盐的独特特征应该使探测旋转行星盘中的这些矿物成为可能。

加利福尼亚州美国国家航空航天局美国研究中心的天体物理学家Scott Sandford有在陨石中进行光谱学研究的经验,他不同意这一观点。他说,证明层状硅酸盐存在于非质子盘是一个挑战。

Sandford说:“当层状硅酸盐存在于混合物中时,很难识别它们,因为与其他矿物相比,它们相对没有特征,而其他矿物的光谱中有很多结构特征。”

Morris说,这项研究的结果只是表明,根据计算机模型,应该有可能检测到原行星盘中是否存在叶绿硅酸盐。这只是探测其他太阳系中水的第一步。

莫里斯说:“我的职责是开发模型,以确定是否可以这样做。”“有什么仪器可用‘在我们现有的仪器中,它们有分辨率吗’”

莫里斯已经开始的下一步是将这项技术应用于实际数据。莫里斯现在正在将这些模型与斯皮策太空望远镜获得的数据进行比较。

桑福德说这将是真正的考验。

Sandford说:“他们所信奉的基本理念是非常好的。”“我个人有点怀疑你能否将这个圆盘中的层状硅酸盐定位到他们建议的水平。这些模型在现实世界中的适用性如何?”

莫里斯说,这类研究对于理解行星系统的总体形成方式也很重要。

莫里斯说:“我非常支持在我们自己的太阳系中寻找水,但为了了解行星系统的形成过程,我们需要走出太阳系,也要观察其他系统。”


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