最新研究揭晓了，在岩石行星与它们的恒星之间存在着复杂的化学链接

在我们早期的太阳系中，一个巨大的尘土、岩石以及气体的原行星盘（protoplanetary disk）盘旋在新形成的太阳周围。 其中的一些材料最终通过重力链接在一起，形成了我们今日所知道的行星的青少年期。 这包括我们的家-地球。

恒星大气中的元素

新发表于期刊《科学》（Science）的研究已帮助研究人员确认，与大型的气体行星，例如海王星与木星对比之下，类似于地球、及我们邻居的金星与火星的岩石行星（rocky planet）拥有与它们的恒星相似的重元素百分率。

一群研究人员从 32 颗低质量的太阳系外行星（exoplanet）中聚集了数据，这 32 颗系外行星绕着 27 颗与我们的太阳大小与光谱类型相似的恒星公转。 藉由分析穿过恒星大气的光，天文学家可以量测出恒星的化学组成。 透过光谱调查，会有间隙出现在光的频段（frequency band）中，指出哪一种元素存在于恒星当中。

研究的作者解释：「在主序星（main-sequence star）的大气中元素的丰富度会反应在它们整体成分上（除了最轻的元素以外），其范围在几个百分比之间。 而陨石量测的结果显示，这对太阳而言是有效的。」

透过这个过程，对于目标的太阳系外行星的宿主恒星中重元素的比例，研究人员能够获得更精确的数据。 他们在研究中写到：「我们分析了所选行星的 21 颗宿主恒星的光谱（HD 80653 并没有可用的光谱），并且测量了它们的大气化学组成。 我们在宿主恒星中定出了大量的镁（Mg）、硅（Si）以及铁（Fe），这些都是形成岩石的主要元素。」

恒星与行星间的元素关联

天体物理学家理论上认为，在原行星盘中，像是 Fe 与 Mg 等较重元素的丰富度很有可能反映在锚定太阳系的恒星中，因为在形成阶段，可能有同一批材料亦存在着。 这表示说，岩石行星以及它们的恒星在整体质量上，很有可能重元素的比率共享。 但是这些比率究竟有多紧密相连，还没有很完整清楚。

研究作者们注记：「理论预测说，在行星形成的过程中，恒星与行星当中的 Fe/Si 与 Mg/Si 的丰富度比率会维持非常相近。 因此，太阳这类恒星的大气中耐火元素（例如 Mg、Si 以及 Fe）的丰富度被认为代表了初始原行星盘的组成。」

藉由使用太阳系外行星的质量、半径以及行星内部的模型，研究人员计算出样本中每颗行星可能的铁质量比例。 其中，他们同时考虑了铁只存在行星核（core）中的情况、以及可存在每颗行星的核与函（mantle）中的情况。 接着，每颗行星的铁质量比例被拿来与原行星盘的铁质量比例做比较，而原行星盘的铁质量比例是由宿主恒星的组成推算出来的。

作者们发现，恒星以及绕着它们旋转的行星中铁的比例彼此相关联，但并非 1：1。 这代表着，在原行星盘中元素分布的细微差异、以及与行星形成相关的过程，在决定岩石行星的最终化学组成上扮演了重要的角色。

未来方向

虽然在恒星与围绕它们的行星之间，于较重元素的丰富度上存在有稍微的差异，但是这个结果提供了佐证，让我们从例如 Fe、Mg、Si 等形成岩石的主要元素在恒星中的丰富程度，来推算岩石行星的化学组成，而这个在先前的其他研究中，也是这样假设的。

除此之外，来自新研究的结果亦注记说，超级地球（super-Earth）与超级水星（super-Mercury）等级的太阳系外行星似乎拥有不同的化学组成，这表示着在形成行星的过程中存在有差异。 对未来的太阳系外行星研究来说，这些数据将会很方便。

引用数据 ：

Feehly, C., (2021, October 15). New Study Reveals Intricate Chemical Link Between Rocky Planets and Their Stars. ScienceAlert
Adibekyan, V., (2021, October 15). A compositional link between rocky exoplanets and their host stars. Science. DOI: 10.1126/science.abg8794
图片来源：https://www.sciencealert.com/new-study-reveals-the-intricate-chemical-link-between-rocky-planets-and-their-stars（图：NASA/Tim Pyle）

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