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类地行星

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内行星，水星、金星、地球和火星，大小的比较。

类地行星（英语：terrestrial planet），又称地球型行星（telluric planet）或岩石行星（rocky planet）都是指以硅酸盐岩石为主要成分的行星。这个项目的英文字根源自拉丁文的“terra”，意思就是地球或土地。由于大众媒体的流行，加上对象是行星，因此在二合一下采用“类地”行星这个译名。类地行星与气体巨星有极大的不同，气体巨星可能没有固体的表面，而主要的成分是氢、氦和存在不同物理状态下的水。[1]截至2013年11月4日，根据开普勒太空任务的数据，银河系估计共有逾400亿围绕著类太阳恒星或红矮星公转，位于适居带内，且接近地球大小的类地行星存在。[2][3][4]其中110亿颗是围绕著类太阳恒星公转。[5]而最近的一个距离地球12光年。[2][3]

构造

类地行星的构造都很相似：中央是一个以铁为主，且大部分为金属的核心，围绕在周围的是以硅酸盐为主的地幔。月球的构造也相似，但核心缺乏铁质。类地行星有峡谷、撞击坑、山脉和火山。类地行星的大气层都是再生大气层，有别于类木行星直接来自于太阳星云的原生大气层。[6]

理论上，类地行星或是岩石可以分为两类，一类以硅化合物为主，另一类以碳化物为主，像是含碳球粒陨石的小行星。这两类分别称为硅酸盐行星和碳行星（或钻石星）。[7]

太阳系的类地行星

太阳系类地行星的质量比例

地球所在的太阳系有四颗类地行星：水星、金星、地球和火星，和一颗类地矮行星，谷神星。而像冥王星虽然有像类地行星的固体表面，但是以冰为主要的成分（参考冰矮星）。[8]当太阳系形成时，应该还有很多这样的天体（微行星），但是她们可能都在太阳星云形成四颗气体巨星的过程中被合并或毁灭。类地行星中，只有地球现在仍有活跃的水圈。[9]

密度趋势

一个地行星的密度是指在零压力下的平均质量。密度越高，则金属含量越高。类地行星的密度会随著与恒星的距离增加而逐渐下降。下表列出了太阳系里的类地行星、月球和六个体积最大的小行星。[10]

星体 平均密度 未压缩密度 半长轴
水星☿ 5.4 g cm−3 5.3 g cm−3 0.39 AU
金星 ♀ 5.2 g cm−3 4.4 g cm−3 0.72 AU
地球 🜨 5.5 g cm−3 4.4 g cm−3 1.0 AU
月球 ☾ 3.3 g cm−3 3.3 g cm−3 1.0 AU
火星 ♂ 3.9 g cm−3 3.8 g cm−3 1.5 AU
火卫一 1.9 g cm−3 1.9 g cm−3 1.5 AU
火卫二 1.5 g cm−3 1.5 g cm−3 1.5 AU
灶神星 ⚶ 3.4 g cm−3 3.4 g cm−3 2.3 AU
谷神星 ⚳ 2.1 g cm−3 2.1 g cm−3 2.8 AU
智神星 ⚴ 2.8 g cm−3 2.8 g cm−3 2.8 AU

除了卫星外，所有类地星体均符合密度趋势的定律。而类地星体卫星的密度不同，是因为它们的形成方式与类地星体不同。[11]

太阳系外的类地行星

参见：超级地球和脉冲星行星
太空干涉测量任务将能侦测到有如这幅艺术家的揣摩的地球尺度的行星。
艺术家笔下的碳行星

迄今，天文学家在太阳系外发现的外太阳系行星几乎都是气体巨星，因为气体巨星较大而容易观测或推断其存在。[12][13]但是还有一定数量的系外行星被怀疑或确认是类地行星。[14]

亚历山大·沃尔兹刚侦测到第一颗外太阳系的类地行星，发现三颗环绕脉冲星PSR B1257+12的行星，质量分别是地球的0.02、4.3和3.9倍。这是个意外的发现，它们的凌中断了脉冲星的电波辐射。（如果不是轨道经过脉冲星的前方，不可能被发现。）

当第一颗环绕熔合星的系外行星飞马座51b被发现时，许多天文学家都假设它是一颗硕大类地行星，因为如果是巨大的气体行星，不可能在如此的距离上紧挨著恒星（0.052AU）。然而随后一颗相似的系外行星（HD 209458 b）直径被测量出来，由凌的现象显示这些行星的确是气体巨星。

2005年6月，天文学家在距离15光年的红矮星Gliese 876旁发现了第一颗几乎可以确定是类地行星的系外行星。这颗行星的质量是地球的5至7倍，公转恒星的周期只有两个地球日的时间。[15]

2005年8月10日，探测透镜异常网络/自动望远镜网络和光学重力透镜实验在天蝎座距离地球21,000光年处，观测到一颗命名为OGLE-2005-BLG-390Lb的低温行星，质量是地球的5.5倍。新发现的这颗行星，环绕母恒星运转的距离相当于太阳系的小行星带，经由重力微透镜的技术显露了这颗行星的存在。目前这种独特的能力可以发现质量低至地球的行星。[16]

在2007年4月，由11位欧洲的科学家组成的一个小组宣布发现了一颗在适居带的地外行星，有著与地球相似的温度。这项发现使用的是欧洲南方天文台位于智利拉西拉天文台的望远镜，那儿有一架特制的光谱仪，可以分辨出光谱中只有几个波长幅度的摆动，而这种摆动可能透露出其他世界的存在。她们揭露了环绕红矮星Gliese 581的行星，新发现的行星被命名为Gliese 581 c，并鼓舞天文学家对同样昏暗恒星摆动的研究，因为与地球类似的行星有80%是在红矮星旁发现的。[17]这颗新发现的行星质量是地球的5倍，被归类为超级地球。发现者还不能肯定他是像地球一样的岩石行星，还是表面被冰冻的液体水行星。如果他是像地球一样的岩石，以目前主流的理论推测他的直径会是地球的1.5倍[17]，如果是颗冰球，则其直径会更大。[18][19]

在2015年7月，美国航空航天局对开普勒太空望远镜的分析发现，开普勒452b很可能是岩石行星。 开普勒452b的直径比地球大60%，这是开普勒的观测数据能够精确测定的。基于它的直径，以及它所环绕的恒星类型，开普勒452b是岩石星球的可能性，高于以往开普勒发现的其他行星。 这颗行星距离地球1400光年，绕着一颗与太阳非常相似的恒星运行。那颗恒星的质量比太阳多4%，亮度则要多出10%。开普勒452b到那颗恒星的距离，跟地球到太阳的距离相同。按照模型，这样一颗大质量的岩石行星，很可能至今仍然有活跃的火山活动。[20]

未来，将有一定数量的望远镜有能力直接观察到类地行星，包括类地行星搜寻者（Terrestrial Planet Finder）、太空干涉测量任务、达尔文任务、新世界任务、克卜勒计画和猫头鹰天文望远镜（Overwhelmingly Large Telescope）。[21]而天文学家也认为许多或大多数的近似太阳的恒星附近可能都存在类地行星[22]。

可能的类地行星

分类 行星 恒星 注解
质量接近 1 M地球 PSR 1257+12 C PSR B1257+12 3.9 MEarth
轨道距离接近1 AU HD 142 b HD 142 0.980 AU
HD 28185 b HD 28185 1.031 AU
HD 128311 b HD 128311 1.02 AU
轨道周期接近365-地球日 HD 142 b HD 142 337 d
HD 92788 b HD 92788 378 d
温度接近300K 天坛座 μe 天坛座μ 308 K
Gliese 581 c Gliese 581 290 K; 第一颗在类似地球适居带的行星，可能有液态水。

参见

参考文献

  1. ^ Boss, Alan P. Formation of gas and ice giant planets. Earth and Planetary Science Letters. 2002, 202 (3–4): 513–523. Bibcode:2002E&PSL.202..513B. doi:10.1016/S0012-821X(02)00808-7. 
  2. ^ 2.0 2.1 Overbye, Dennis. Far-Off Planets Like the Earth Dot the Galaxy. New York Times. 4 November 2013 [5 November 2013]. （原始内容存档于2020-05-26）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Petigura, Eric A.; Howard, Andrew W.; Marcy, Geoffrey W. Prevalence of Earth-size planets orbiting Sun-like stars. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 31 October 2013 [5 November 2013]. doi:10.1073/pnas.1319909110. （原始内容存档于2013-11-09）. 
  4. ^ Staff. 17 Billion Earth-Size Alien Planets Inhabit Milky Way. Space.com. January 7, 2013 [January 8, 2013]. （原始内容存档于2020-05-16）. 
  5. ^ Khan, Amina. Milky Way may host billions of Earth-size planets. Los Angeles Times. 4 November 2013 [5 November 2013]. （原始内容存档于2013-11-06）. 
  6. ^ Musser, George. Earth-Like Planets May Be Made of Carbon. Scientific American. [2013-01-03]. （原始内容存档于2012-10-11）. 
  7. ^ Firstpost. Carbon planet, Latest News on Carbon planet, Latest Blogs on Carbon planet. Firstpost. [2013-01-03]. （原始内容存档于2012-03-25）. 
  8. ^ Karel A. van der Hucht, ed.. Reports on Astronomy 2006–2009. Transactions IAU. 2009, XXVIIA: 149. Bibcode:2009IAUTA..27..149B. doi:10.1017/S1743921308025398. 
  9. ^ Various. The Hydrologic Cycle. University of Illinois. 1997-07-21 [2007-03-24]. （原始内容存档于2013-03-21）. 
  10. ^ Compositional Relationships Between Meteorites and Terrestrial Planets (PDF). [2013-11-24]. （原始内容存档 (PDF)于2021-04-17）. 
  11. ^ Kleine, T.; Palme, H.; Mezger, K.; Halliday, A.N. Hf–W Chronometry of Lunar Metals and the Age and Early Differentiation of the Moon. Science. 2005, 310 (5754): 1671–1674. Bibcode:2005Sci...310.1671K. PMID 16308422. doi:10.1126/science.1118842. 
  12. ^ Carole Haswell, Transiting Exoplanets （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  13. ^ Michael Perryman, The Exoplanet Handbook （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  14. ^ Sara Seager, Exoplanets （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  15. ^ Barnes, Rory; Jackson, Brian; Greenberg, Richard; Raymond, Sean N. Tidal Limits to Planetary Habitability. The Astrophysical Journal. 9 June 2009, 700: L30–L33. Bibcode:2009ApJ...700L..30B. arXiv:0906.1785v1 可免费查阅. doi:10.1088/0004-637X/700/1/L30. 
  16. ^ M. Mayor, X. Bonfils, T. Forveille, X. Delfosse, S. Udry, J.-L. Bertaux, H. Beust, F. Bouchy, C. Lovis, F. Pepe, C. Perrier, D. Queloz, N. C. Santos. The HARPS search for southern extra-solar planets,XVIII. An Earth-mass planet in the GJ 581 planetary system. 2009. arXiv:0906.2780 可免费查阅 [astro-ph]. 
  17. ^ 17.0 17.1 Lightest exoplanet yet discovered. ESO (ESO 15/09 - Science Release). 21 April 2009 [15 July 2009]. （原始内容存档于2009年7月5日）. 
  18. ^ Grossman, Lisa. New Study Finds No Sign of ‘First Habitable Exoplanet’. Wired. 18 January 2011 [23 December 2011]. （原始内容存档于2013-11-15）. 
  19. ^ Guillem Anglada-Escudé; Dawson. Aliases of the first eccentric harmonic : Is GJ 581g a genuine planet candidate?. 2010. arXiv:1011.0186 可免费查阅 [astro-ph.EP]. 
  20. ^ Steed. NASA发现的“另一个地球”，并非第二家园！. 24 July 2015 [24 July 2015]. （原始内容存档于2021-04-17） （中文（中国大陆））. 
  21. ^ Kaufman, Rachel. New Planet May Be Among Most Earthlike - Weather Permitting, Alien world could host liquid water if it has 50 percent cloud cover, study says. National Geographic News. 30 August 2011 [5 September 2011]. （原始内容存档于2019-05-16）. 
  22. ^ Many, Perhaps Most, Nearby Sun-Like Stars May Form Rocky Planets. Spitzer Space Telescope. February 17, 2008 [2008-02-19]. （原始内容存档于2008-05-09）. 

外部链接

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