开普勒138d:深度高达2000公里的水世界

地球是一个海洋覆盖了大部分面积的星球,海洋的平均深度达到了3688米,最深处也有11公里以上,但是地球还称不上是一个水球,在宇宙中,有一些超级地球,上面的海洋深度高达数千公里,是名副其实的水球。

今天我们要介绍这颗水球是距离地球218光年的开普勒138dKepler-138 d)。这颗系外行星位于天琴座中,是在2014年由开普勒太空天文台发现的,后来经过斯皮策太空望远镜和哈勃太空望远镜的后续观测发现这颗星球的主要组成成分居然是水。

这是一幅艺术家的插图,展示了地球(左)和系外行星Kepler-138d(右)的横截面。与地球一样,这颗系外行星的内部由金属和岩石组成(棕色部分),但Kepler-138d也有一层厚厚的各种形式的高压水:行星深处的超临界和潜在液态水以及延伸的它上面的水蒸气包络(蓝色阴影)。这些水层占其体积的50%以上,或深度约为2,000公里。
这是一幅艺术家的插图,展示了地球(左)和系外行星Kepler-138d(右)的横截面。与地球一样,这颗系外行星的内部由金属和岩石组成(棕色部分),但Kepler-138d也有一层厚厚的各种形式的高压水:行星深处的超临界和潜在液态水以及延伸的它上面的水蒸气包络(蓝色阴影)。这些水层占其体积的50%以上,或深度约为2,000公里。

开普勒138d围绕着一颗红矮星(开普勒138)旋转,这颗红矮星的质量和半径都大约是太阳的一半,表面温度只有3726K,辐射亮度只有太阳的5.6%,视角亮度也只有太阳的2.6%,是一个远比太阳暗淡的恒星

而开普勒138d的质量大约相当于2.1倍地球质量,半径相当于地球半径的1.51倍,由此可见,这颗系外行星的密度比地球低很多,这意味着开普勒138d上的水的比例可能比较大,最多的情况下水可以占整个星球体积的一半以上,深度可以超过2000公里。

只是这颗超级地球并不是像地球这样适宜居住的海洋星球,因为它的表面温度太高,大气压也非常大。

这使得开普勒138d上的海洋可能和你想象中的海洋不一样,因为这颗星球的表面温度超过了水的沸点,所以整个星球都被笼罩在一层浓密的水蒸气大气层,而在大气层的下方则是高压液态水,或者是另外一种超临界流体水,并没有一个所谓的水的表面。

在此插图中,超级地球Kepler-138d位于前景中。左边是开普勒138c行星,背景是开普勒138b行星,从它的中心恒星经过的剪影中可以看出。开普勒138是一颗红矮星,距离地球218光年。Kepler-138c和Kepler-138d的低密度——它们的大小几乎相同——意味着它们必须主要由水组成。它们都是地球质量的两倍,但密度大约是地球的一半,因此不可能是固体岩石。这是基于对它们的质量与物理直径的测量。它们被认为是一类新的“水行星”,不同于我们太阳系中发现的任何主要行星。Kepler-138b是已知最小的系外行星之一,具有火星的质量和岩石的密度。
在此插图中,超级地球Kepler-138d位于前景中。左边是开普勒138c行星,背景是开普勒138b行星,从它的中心恒星经过的剪影中可以看出。开普勒138是一颗红矮星,距离地球218光年。Kepler-138c和Kepler-138d的低密度——它们的大小几乎相同——意味着它们必须主要由水组成。它们都是地球质量的两倍,但密度大约是地球的一半,因此不可能是固体岩石。这是基于对它们的质量与物理直径的测量。它们被认为是一类新的“水行星”,不同于我们太阳系中发现的任何主要行星。Kepler-138b是已知最小的系外行星之一,具有火星的质量和岩石的密度。

开普勒138d的温度如此高主要还是因为它距离恒星太近了,大约只有0.129个天文单位,绕行一周的公转周期只有23.1天,虽然主恒星开普勒138是一颗红矮星,但是这么近的距离加上该星球本身比地球更大,还是导致其表面温度飙升。

其实开普勒138这个恒星系并不止开普勒138d这一颗系外行星,目前确定的一共有四颗行星,除了开普勒138d外,还有开普勒138b、开普勒138c、开普勒138e这三颗系外行星。

行星质量(地球质量)距离(天文单位)轨道周期(天)半径(地球半径)
Kepler-138b0.070.075310.31340.64
Kepler-138C2.30.091313.78151.51
Kepler-138d2.10.128823.09231.51
Kepler-138e 0.430.180338.23

只是这些系外行星都距离恒星太近,并不处于宜居带内,只有开普勒138e处于宜居带的内圈附近,但是它的大小介于火星和金星之间,大小比较小,应该也是无法支撑生命存在。

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