钻石构成的星球

撰文｜约翰·马特森（John Matson）

翻译｜王栋

在我们满怀信心地踏上寻找类地行星的发现之旅时，也许没有想到，那些围绕各自“太阳”旋转的陌生星球有多么千奇百怪，就连组成这些星球的化学成分也同地球大不相同。在另一个主要由碳构成的星球上，珍贵稀有的物质很有可能不是钻石，而是水。

在我们的太阳系之外，还有其他遥远的行星在围绕着它们的“太阳”旋转。虽然对那些陌生星球的研究才刚刚起步，但是科学家们已经发现了数百个同我们地球完全不同的世界：令木星都相形见绌的巨行星，被母恒星炙烤得如火红石块般的岩石行星，还有蓬松的、密度和苔藓差不多的诡异行星。

虽然人们通常认为，还应该存在看起来和地球类似的太阳系外行星，但映入我们眼帘的却总是超乎想象的奇异世界。在那里，稀有元素（相对地球来说）遍地都是，而常见元素却十分罕见。

以碳为例。碳是构成有机物的关键元素，同时也是一些对人类来说最为珍贵物质（例如钻石和石油）的主要成分。虽然碳极其重要，但是它的含量却不高：在地球组成物质中所占的比例还不到0.1％。

不过，在另一个星球上，碳也许就像尘土一样随处可见。事实上，在那里碳和尘土或许就是一回事。近期发现的一颗距我们40光年的太阳系外行星，很可能就是一个那样的世界。在那里，碳元素占其物质组成的大部分，并且在行星内部，巨大的压力会让数量可观的碳元素形成钻石。

这颗被命名为“巨蟹座55e”的行星可能拥有一层数百千米厚的、由石墨组成的地壳。“如果能钻到这层地壳下，你将会看到厚厚的一层钻石！”美国耶鲁大学时任博士后研究员的天体物理学家尼库·马杜苏丹（Nikku Madhusudhan）说。这一钻石结晶层可以占到该行星地层厚度的1/3。

这种“碳世界”的独特构造，源自与我们地球完全不同的行星形成过程。如果太阳里的元素组成能够作为参考的话，最初孕育我们太阳系中行星的原始尘埃和气体中，氧元素的含量应该约为碳元素的2倍。实际上，地球上的岩石的确多由富含氧元素的硅酸盐矿物构成。然而天文学家已经确认，在“巨蟹座55e”围绕旋转的恒星中，碳含量却比氧含量稍高些，这或许能说明该行星的形成环境与我们地球明显不同。马杜苏丹及其同事计算出了那颗行星组成物质的特性——比水质行星密度高，但比类似地球的、矿物岩石构成的行星密度低，这同碳质行星的预测相吻合。2012年11月10日，研究人员在《天体物理学杂志通讯》（The Astrophysical Journal Letters）上公布了这一发现。

美国国家航空航天局戈达德航天中心的马克·库克纳说，如果碳质行星上还能有生命存在的话，它们将同地球上依赖氧生存的生物大不相同。珍贵的氧会像燃料一样宝贵，就像地球上人类渴求的碳氢燃料一样。“在那个星球上，钻戒根本拿不出手，”库克纳开玩笑说，“一杯水才是最令人激动的求婚信物。”