在过去的二十年里,人类已经发现了数千个太阳系外的行星系统。最近关于恒星和行星形成的研究表明,化学在塑造这些系统以及将水和有机物种运送到新生的类地行星表面方面发挥着关键作用。加州理工学院化学工程系的Geoffrey A. Blake教授在下午晚些时候,在物理系大楼里与杜克大学的师生们一起吃披萨,讨论了化学在恒星和行星形成以及发现其他类地行星方面的作用。
在18世纪末,法国学者皮埃尔-西蒙·拉普拉斯分析了我们的太阳系可以告诉我们行星系统的形成和演变。从那以后,科学家们使用了我们对小型体的知识 - 小行星 - 和大型车身 - 行星 - 弄清楚太阳能系统和行星是如何形成的。
2015年,布莱克和其他研究人员教授调查了更多原料在行星是生命发展所必需的。他们利用地球和我们的太阳系作为他们数据的基础,探索了恒星和行星形成的每个阶段中碳和氮的相对配置,以了解更多关于核心形成和大气逃逸的信息。通过分析行星和彗星中的碳硅原子比率,布莱克教授发现,太阳系中的岩石天体通常缺乏碳。然而,由于碳对我们的生存至关重要,布莱克需要确定类地行星的碳含量范围,以及仍然有活跃的生物系统。
与之开普勒任务在美国,科学家们已经探测到宇宙中各种各样的行星物体。根据测量的分布,这些恒星-行星系统中有多少具有类似太阳系的结果?“太阳系”像行星系统至少有一个类地行星大约在1个天文单位(AU)的明星,更理想的生活条件可以开发和至少一个冰巨人像木星在3 - 5个盟为了保持了类地行星的彗星。仅在我们的银河系,就有大约100亿颗恒星和至少1000万颗行星。对于那些与我们的太阳相似的恒星,有超过400万个与我们的太阳系相似的行星系统,最近的类地行星在20光年之外。随着科学知识和技术的迅速发展,布莱克教授估计,我们将能够在未来5-6年内收集40-50光年范围内的行星的证据,以确定它们是否有适宜居住的大气层。
地球和木星如何在距离星际的理想距离?让我们仔细看看恒星和行星如何通过星星化学循环创造出恒星和行星。基本上,密集的气体和灰尘变得如此不透明和冷,使得它们倒入圆盘上。围绕待颗星旋转的磁盘开始将质量朝向中心和角动量向外。然后,大约1%的星座从过程中留下,这足以形成行星。这也是为什么星星周围的行星都无处不在。
行星如何形成?恒星未使用的灰尘颗粒碰撞并生长,在距离恒星的特定距离上形成较大的颗粒雪线-在那里水蒸气变成冰并凝固。这些“灰尘兔”会长成星子(直径约10-50公里),如小行星和彗星。如果重力足够大,则行星尺寸的尺寸进一步增加,以形成寡头(〜0.1-10倍的地球质量),然后成为太阳系的大行星。
在我们的太阳系中,有一个过程叫做动态重组发生了重组我们的订单行星,将天王星放在海王星前。这意味着,如果其他太阳系在太阳系形成的早期点处没有经历这种动态重组,则其他地球可能具有比我们的地球更低的有机和含水量。在这种情况下,我们需要申请哪些限制以确定外部地球是否存在水/有机递送机制?虽然我们目前没有科学知识来回答这一点,但是通过Alma和下一代光学/红外望远镜,我们将能够直接拍摄太阳系的诞生,更好地了解我们的宇宙是如何成为的。
布莱克教授向杜克大学化学系的学生传达了一个重要信息:在大学期间认真学习化学基础知识。在未来的40-50年里,你的兴趣会发生很多变化。然而,扎实的基础会对你很有帮助,因为你现在已经具备了在许多不同领域和职业学习的能力。
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