放射性元素可能与系外行星的宜居度有关
翻译：艾宇熙
校对：黄雪妮
审阅：牧夫天文校对组
排版：李竹海
后台：库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤
原文链接：
https://astronomynow.com/2020/11/22/radioactive-elements-may-be-key-to-exoplanet-habitability/
图注：行星内核中放射性元素的含量可能是考察其宜居性的重要条件。含有过多放射性元素的行星内部无法形成稳定的对流，从而无法形成稳定的磁场，同时可能导致剧烈的火山活动。
图源：美国加州大学圣克鲁兹分校/Melissa Weiss
寻找宜居行星的时候，研究者们通常会考虑目标行星上是否存在有机物、液态水、适宜的光照条件以及是否存在卫星。近期的一项研究表明，行星内核是否存在适量的放射性元素可能也是考察其宜居性的重要条件。
铀和钍是两种放射性元素。它们的衰变所产生的能量导致了行星的板块运动和火山活动，并驱动了行星液态金属核中的对流。以地球为例，地球液态金属核中的对流产生了磁场，而磁场保护了地球表面免受大多数有害的太阳辐射。
图注：一个类似地球的行星含有适量的铀和钍，内部可以形成稳定的对流和磁场，磁场有助于减弱行星表面受到的恒星辐射
图源：美国加州大学圣克鲁兹分校/Melissa Weiss
11月10日，来自美国加州大学圣克鲁兹分校的学者们在《天体物理学杂志快报》上发表了论文，指出放射性元素的含量可能影响行星的演化。
(https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/abc251)
论文的第一作者是Francis Nimmo，一位地球与行星科学教授，他表示：“不同的行星含有的放射性元素量不同，我们认为这个含量与地质运动和行星磁场的形成有关。我们对地球进行建模，通过调高或调低模型中放射性金属衰变所产生的能量值来观察行星的演化会受到怎样的影响。”
图注：放射性元素含量较少的行星有可能形成磁场，但是没有地质活动。
图源：美国加州大学圣克鲁兹分校/Melissa Weiss
他们发现，如果放射性元素衰变产生的热量过多，“发电机效应”不能永久维持。这是由于大多数铀和钍最终会存在于地幔中，如果它们数量太多而在地幔层产热过多，地幔就起到了绝热层的效果，从而阻碍地核向外散热，形成磁场所需要的对流也无法建立。这种情况还会导致剧烈的火山活动。如果在这样的星球上存在生命，将会时常发生大灭绝。相反，如果放射性元素衰变产生的热量过少，行星的地质活动就会沉寂下来。
Nimmo告诉我们：“通过改变这一个参数，我们就可以看到不同的图景，从完全没有地质活动的行星到类似地球的行星，再到火山活动频繁而缺乏磁场的行星。因此我们认为放射性元素含量是一个关键的参数，当然我们的模型还需要进一步精细计算的检验。”
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