在所有科学家希望回答的问题中,很少有能像“在我们的地球之外,是否有其他有生命的世界?如果是,有像人类一样拥有智慧的外星生物么?”一样激动人心的。然而,我们如何能找到围绕太阳以外恒星运行的、类似地球的岩石世界呢?引人注目地,关于存在这种世界的天文学证据可以追溯到一百年前。该证据涉及对一种叫“白矮”星的恒星的观测,白矮星是我们的太阳在50亿年后将会成为的恒星类型。
白矮星研究表明,成分类似地球的岩石世界在我们的银河系中很常见。因此,找到适合生命存在的岩态行星的前景是光明的。
本文的主要目的,是描述天文学家现在如何可以第一次测量构成围绕太阳以外其他恒星运行的岩石世界的“基本构成单元”成分。如果其成分与地球类似,那就可以合理地推断这些世界也许孕育着外星生命,也许还是与地球生命差别不大的生命形式。
目前天文学家正在使用的、用来揭示地外岩石世界组成的最佳技术,不是较老的传统技术,而是包含了新东西。本文将描述这一使天文学家感到非常惊奇的新技术。通过分析来自恒星的光,我们可以学到更多有关这颗恒星是由什么构成、是否有行星围着它转动的知识。最大的惊奇也许是,一百年前,在天文学家懂得如何解释星光之前,这种技术就产生了首批关于系外行星系统存在的证据。
该行星系统围绕着一颗叫做范马南2的恒星,该恒星得名于发现它的天文学家阿德里安·范·马南。天文学家花了近百年的时间才有足够的天文和技术知识来理解这一证据,并认识到范马南2被一个行星系统所环绕。
因此,通过将来自太阳系的火星、地球、月球和小行星的元素组成,与在很多白矮星大气中看到的残骸的组成相比较,天文学家现在可以回答“围绕太阳外其他恒星运行的岩石世界是否有类似于我们地球的化学组成,或者有非常不同的化学组成?”这一问题了。如果化学组成非常类似或者非常不同,那么这会是一个支持或者反对其他岩态系外行星上存在生命的可能性的重要的证据。
地球上含量最丰富的四种元素是铁、镁、氧、硅。天文学家使用分光镜对白矮星大气进行了研究,发现这四种元素同样主导了岩态系外行星的化学组成。因此天文学家头一次可以确信地说,白矮星研究证明了大部分围绕恒星运行的岩石世界的化学组成类似于地球的整体化学组成。更详细的理解需要更进一步的研究,很可能需要使用位于行星际空间的望远镜。
通过光谱仪测量某些白矮星大气中残骸的化学组成,可以得出关于曾经环绕该恒星运行的岩石天体的结构细节。比如说,一颗名为NLTT 43806的白矮星大气中的物质含有格外多的铝和相对比较少的铁。我们可以将NLTT 43806大气中九种元素的含量与太阳系中包括陨石、地球上和月球表面的物质进行比较,通过这种方式,天文学家发现NLTT 43806中的化学组成类似于地壳和上层地幔的物质的混合。
这一结果可以由一颗曾经或者正在绕NLTT 43806转动的层化的地外行星来解释,这颗行星具有地壳、地幔和地核。