构成系外行星的物质是什么？

乌日兹的研究人员使用统计工具分析了遥远系外行星的组成和结构。分析表明：一颗行星是类地行星是由纯岩石构成，还是由水构成？行星越大，围绕它的氢和氦就越多。宇宙中还有第二个地球吗？随着新技术的发展，人们对太阳系外行星系统的认识也在不断增加。迄今为止，在太阳系外已经发现了3700颗行星。这些系外行星的行星质量和半径可以用来推断它们的平均密度，但不能推断它们确切的化学成分和结构。因此，关于这些行星可能是什么样子的有趣问题仍然悬而未决。

博科园-科学科普：苏黎世大学计算科学研究所拉维特赫尔教授小组的博士候选人迈克尔洛佐夫斯基说：理论上可以假设各种成分，例如纯水的世界，纯岩石的世界，以及具有氢氦大气的行星，并估计预期的半径。使用数据库和统计工具来描述系外行星和它们的大气层。系外行星很常见，周围环绕着一层易挥发的氢和氦。然而之前直接测量的数据不能使研究人员确定确切的结构，因为不同的成分可能导致相同的质量和半径。

有岩石内核和气态大气的系外行星的可能模型(艺术印象图)。图片：UZH

除了有关质量和半径数据的准确性外，研究小组还调查了已知3700个行星中有83个的内部结构、温度和反射辐射，这些行星的质量和半径都是确定的。使用统计分析来对可能的成分进行限制，通过使用探测到系外行星的数据库，发现每一个理论行星结构都有一个“阈值半径”，在这个半径上没有这样的行星存在。气相层中比氦重的元素数量、氢和氦的比例以及大气中元素的分布是决定阈值半径的重要因素。

超级地球和迷你地球

研究人员发现半径为地球(6371公里)1.4倍的行星可能与地球类似，即组成与地球相似。半径超过这一阈值的行星中硅酸盐或其他轻质物质的比例更高。大多数半径在1.6倍地球半径以上的行星，除了其岩石内核外，还必须有一层氢气-氦气或水，而大于2.6倍地球半径的行星不可能是水世界，因此可能被大气层包围。半径大于4个地球半径的行星被认为是非常气态的，由至少10%的氢和氦组成，类似于天王星和海王星。

有岩石内核和气态大气的系外行星的可能模型(艺术印象图)。图片：UZH

这项研究的发现为这些行星发展和多样性提供了新见解，一个特别有趣的阈值是关于大型陆地行星(也被称为超级地球)和小型气态行星(也被称为迷你海王星)之间的区别。据研究人员称，这个临界值的半径是地球三倍。因此在这个阈值以下，就有可能在银河系广阔的区域找到类地行星。

博科园-科学科普｜研究/来自：苏黎世大学

参考期刊文献:《天体物理学》

DOI: 10.3847/1538-4357/aadd09

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