放射性元素的加熱作用影響行星的可居性

作者 | 發布日期 2020 年 11 月 18 日 8:15 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly


岩石行星的熱演化和 3 種長半衰期的放射性元素鉀、釷和鈾有關。後兩種元素在岩石行星地函的濃度在不同行星系統間可能會有數量級變化,因這些元素是由罕見的中子星碰撞過程產生。發表在《天文物理期刊》 (The Astrophysical Journal)、加州大學聖克魯茲分校和哥本哈根大學的研究人員,討論這些變化對地球大小的行星熱演化的影響。

加州大學聖克魯斯分校 Francis Nimmo 教授說,地球熔融金屬核的對流產生內部發電機,進而產生行星的磁場。地球的放射性元素提供足夠內部加熱,以產生持久的發電機動力。

他們意識到,不同的行星積聚不同數量的放射性元素,這些元素最終為地質活動和磁場提供動力。

Nimmo 教授研究團隊發現,如果輻射產生的熱量超過地球熱量,行星就不能像地球永久維持發電機作用。這是因大部分釷和鈾最終進入地函,而地函有過多熱量會產生絕緣體作用,阻擋內部熔融地核的熱量散逸,阻止導致磁場的對流運動發生。

隨著更多放射源內部加熱,地球也會有更多火山活動,這可能導致頻繁的生物滅絕事件。另一方面,太少放射性熱量不會導致火山活動,反而形成地質上的「死亡」星球。

天文學家可用光譜來量測恆星不同元素的豐度,行星成分預計與環繞的恆星相似。稀土元素銪(europium)很容易在恆星光譜觀察到,形成方式和釷和鈾一樣,所以銪可當成追蹤劑,研究這些元素在銀河系恆星和行星的變化,未來詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將成為有力的觀測工具。

▲ 這 3 張圖顯示岩石行星的 3 種形式,放射性元素產生的內部熱量不同。第二張的行星像地球,有板塊構造和內部發電機產生磁場。第一張圖:輻射熱更高的行星有極端的火山作用,但沒有發電機或磁場。第三張圖:地球有較低放射熱,地質上是死的,沒有火山作用。(Source:Melissa Weiss)

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:NASA