钻石“地球”

撰文｜乔治·马瑟（George Musser）

翻译｜谢懿

寻找与地球类似的行星，就是在为地球生命寻找未来的避难所。这样的避难所——“类地行星”上，含量最高的元素可能是碳，地壳可能由石墨组成，地壳内部则充满钻石和其他晶体，海洋的成分很可能是焦油。

天文学是一门另类的科学，天文学家最想找到的是很平淡无奇的东西——类地行星，残酷宇宙中适宜生命生存的另一个避难所。2009年3月发射的开普勒望远镜是迄今在类太阳恒星周围寻找类地行星的最佳工具，而现已发现的太阳系外行星大多是气态巨行星。许多人预言，不久之后科学家将发现太阳系外的第一批“地球”。但现在已知的这些巨行星与天文学家原先的预想大相径庭。或许这本身就暗示着，太阳系外的“地球”说不定跟我们的地球大不一样。

近年来，理论学家已经意识到，质量跟地球相当的其他行星可以是一颗巨型水珠、一个巨型氮气球，或者一大块铁。随便写出一种你喜欢的元素或者化合物，都可以用它们“造”出一颗行星。这些行星存在的可能性，很大程度上取决于碳和氧的比例。这两种元素是排在氢、氦之后宇宙中最常见的元素。在行星系统的胚胎时期，它们会结合成一氧化碳成对出现。在数量上稍稍胜出的元素，最后将主宰行星的化学组成。

在我们的太阳系中，氧占据了主导。虽然我们倾向于认为，地球是以生命要素碳为基础的，但其实碳只是少数派。类地行星实质上由富含氧的硅酸盐构成，外太阳系则充斥着另一种富含氧的化合物——水。

围绕其他恒星旋转的类地行星可能并非由石头构成，而是由碳组成——地壳是石墨，内部是钻石，海洋则充斥着焦油。

一项新的研究向我们详细展示了太阳系中的碳输掉这场比赛的过程。任职于美国亚利桑那大学和美国行星科学研究所的杰德·邦德（Jade C. Bond）、任职于美国亚利桑那大学的丹蒂·劳蕾塔（Dante S. Lauretta）及任职于美国行星科学研究所的戴维·奥布赖恩（David P. O’Brien），模拟了太阳系形成过程中不同化学元素在其中的分布。他们发现碳以气态形式出现在原行星盘中，最终会被吹入深空；胚胎期的地球根本挽留不住它们。我们身体里的碳必定是后来由小行星或彗星带来的，这些天体在形成时所处的环境使它们留得住碳。

2005年，当时任职于美国普林斯顿大学的马克·库克纳（Marc Kuchner）和当时任职于美国卡内基科学学会的萨拉·西格（Sara Seager）指出，如果碳氧平衡偏向另一侧的话，地球就会变得完全不同。地球不再会由硅酸盐组成，而将由碳化硅之类的碳基化合物和真正的纯碳构成。地壳将主要由石墨组成，地下几千米处的压力足以将石墨转变成钻石和其他晶体。一氧化碳或甲烷冰将会取代水冰，焦油则可能会形成海洋。

银河系中可能充斥着这样的行星。按照邦德引用的巡天观测数据，拥有行星的其他恒星平均碳氧比要高于太阳，她的小组所做的模拟也预言，绝大多数这样的行星系统会形成碳行星。邦德说：“有些恒星的化学构成跟太阳有着巨大的差异，由此形成的类地行星在组成上也会与地球大相径庭。”

当然，其他巡天观测已经发现，太阳在它所属的这类恒星当中是非常普通的。不过开普勒望远镜或许可以解决另类行星的问题，因为即使它能提供的有关太阳系外行星的信息很有限，差不多只有质量和半径，那也足以透露它们的大致构成。

在更加奇特的环境下，比如在白矮星和中子星周围，碳地球可能会变得尤为普遍。银河系中某些富含重元素的区域，例如银河系中心，会具有较高的碳氧比。随着时间的流逝，恒星不断地制造出重元素，这个天平将会进一步向碳倾斜。

诸如此类的天文发现改变了我们对于平常和不平常的观念。银河系中的绝大部分物质是暗物质，绝大多数恒星要比我们的太阳更红、更暗弱。现在看来，似乎其他的地球也可能不再和我们的地球相似。如果说有什么事物偏离了“正常”而要被称为“另类”的话，那就是我们自己。