放射性元素的加热作用影响行星的可居性

岩石行星的热演化和3种长半衰期的放射性元素钾、钍和铀有关。后两种元素在岩石行星地函的浓度在不同行星系统间可能会有数量级变化,因这些元素是由罕见的中子星碰撞过程产生。发布在《天文物理期刊》(The Astrophysical Journal)、加州大学圣克鲁兹分校和哥本哈根大学的研究人员,讨论这些变化对地球大小的行星热演化的影响。

加州大学圣克鲁斯分校Francis Nimmo教授说,地球熔融金属核的对流产生内部发电机,进而产生行星的磁场。地球的放射性元素提供足够内部加热,以产生持久的发电机动力。

他们意识到,不同的行星积聚不同数量的放射性元素,这些元素最终为地质活动和磁场提供动力。

Nimmo教授研究团队发现,如果辐射产生的热量超过地球热量,行星就不能像地球永久维持发电机作用。这是因大部分钍和铀最终进入地函,而地函有过多热量会产生绝缘体作用,阻挡内部熔融地核的热量散逸,阻止导致磁场的对流运动发生。

随着更多放射源内部加热,地球也会有更多火山活动,这可能导致频繁的生物灭绝事件。另一方面,太少放射性热量不会导致火山活动,反而形成地质上的“死亡”星球。

天文学家可用光谱来测量恒星不同元素的丰度,行星成分预计与环绕的恒星相似。稀土元素铕(europium)很容易在恒星光谱观察到,形成方式和钍和铀一样,所以铕可当成关注剂,研究这些元素在银河系恒星和行星的变化,未来詹姆斯·韦伯太空望远镜将成为有力的观测工具。

这3张图显示岩石行星的3种形式,放射性元素产生的内部热量不同。第二张的行星像地球,有板块构造和内部发电机产生磁场。第一张图:辐射热更高的行星有极端的火山作用,但没有发电机或磁场。第三张图:地球有较低放射热,地质上是死的,没有火山作用。(Source:Melissa Weiss)

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