有哪些地球上很稀有，在宇宙其他天体却很常见的元素？

宇宙中氢、氦等轻元素的含量是最高的，基本占据了宇宙的90%以上的明物质总质量。

从宇宙大爆炸开始算起，宇宙一开始基本全是氢、氦这样的元素，随后在引力的作用下开始聚集。氢同位素聚变成氦，氦再聚变成硼等。恒星就是重元素的炼丹炉。

宇宙中大部分轻元素还没有被聚变过。虽然宇宙中数量最多的是卫星和行星这样的天体，但是质量占比最大的是恒星这样蕴含轻元素的天体。

地球上的重元素基本都在地核，比如铱元素，基本全在地核处，地壳上的铱含量只是千万分之一。

地球整体上铱元素的含量甚至还不如一颗直径100公里的彗星。

宇宙中的钻石行星很多

其实宇宙中有很多钻石行星，其本质就是碳的同位素。常见的钻石是以碳原子构成的正八面体。每个碳原子都是sp杂化，并于其他碳原子形成共价键。

虽然地壳也富含碳元素，但是大部分都是和氢、氧元素结合，也就是我们常用的煤。

所以天然的钻石在地球上并不常见。

但是宇宙中碳化行星很多。这些行星一般富含碳元素，但是缺少氢、氧元素。所以碳─碳结合的化合物就会超过碳─氧组合，并形成大量的钻石和石墨。

比如距离地球600光年远的WASP─12b行星，其表面富含着高精度钻石。

除了小行星，还有富含钻石的大行星，比如距地球41光年外的巨蟹座55e就是一个质量比地球大至少78倍的行星。

人类发现首颗系外行星距今20多年，目前已发现的系外行星有近2000颗。这些行星里有像地球这样的岩石行星，也有与木星相似的气态巨行星，甚至还有很多太阳系没有的行星。下面20幅将通过艺术与想象为大家展现这些奇特的外星世界。

第一颗系外行星：它是人类发现的第一颗围绕类似太阳的恒星运转的系外行星，也是发现的第一颗“热木星”。这类行星质量接近或超过木星，但与太阳系中情况不同，热木星与恒星距离只有05至0015个天文单位，大约水星到太阳距离的八分之一至金星到太阳距离。飞马座51b距离地球约50光年，质量是木星的一半，但体积却是木星的两倍，一年只有4天，表面温度在1000 °C ，并且它永远以同一面朝向恒星。

首个与地球尺寸接近的系外类地行星：行星“开普勒186f”想像图，它是第一颗被发现位于母恒星宜居带内且大小和地球相似的类地行星，表面可能有液态水，直径是地球的11倍，距离太阳系492光年。

首个确认有大气的行星：画家笔下行星“HD 209458b”大气蒸发情形，它距离太阳系150光年，也是一颗“热木星”。它创造了多个系外行星观测史上的第一，包括首个确认有大气、且观测到有蒸发中的氢气层的行星。该行星质量是木星的06倍，绕母恒星公转轨道仅是水星的八分之一，一年只有35天，其表面物质在高温下膨胀，密度较低。

拥有6颗行星的“开普勒11星系”：画家笔下发生在2010年8月26日“开普勒11星系”三颗行星同时发生凌日的景象。开普勒11是首个被确认拥有6颗行星的系外恒星，且这些行星的质量介于地球与海王星之间，这个星系距离地球2000光年。

真实的“塔图因”：画家笔下的“开普勒16星系”，行星“开普勒16b”同时围绕两颗恒星公转，这和**《星球大战》里的行星“塔图因”（右下）非常相似。

一年只有20小时的炼狱行星：行星“51 Pegasi b”距离地球390光年，直径是地球的17倍，质量是地球的48倍，绕着一颗比太阳略小的恒星运转。它的轨道非常靠近母恒星，一年只有20小时，表面温度达到1500 °C，在如此高的温度下，其上可能布满熔岩。

海洋行星“开普勒22b”：开普勒22b位于天鹅座，距地球600光年，位于母恒星宜居带内，半径是地球的24倍。这颗行星与太阳系所有行星都不一样，是个表面完全是液态水海洋的行星。

岩浆海洋“开普勒10b”：行星“开普勒10b”位于天龙座，距离我们太阳系560光年，大小是地球的14倍。该行星一年不到一天，到母恒星距离小于水星到太阳距离的20分之一，表面温度约1300°C，足以将黄金熔化。

118亿岁的古老星系：“开普勒444”是一颗约118亿年（约宇宙年龄的80%）的恒星，距离地球约117光年。它拥有五颗类地行星，大小介于水星和金星之间，轨道周期少于10日。这个星系的行星分布极为紧凑，即使距离母恒星最远的开普勒444f，轨道半径仍远小于水星轨道。5颗行星因距母恒星极近，表面温度过高，不会存在我们已知的生命形态。

拥有大量钻石的碳行星“巨蟹座55e”：与类地行星不同，碳行星又称钻石行星，它们形成于富含碳但缺乏氧的原行星盘。“巨蟹座55e”就是这样一颗碳行星，直径约21万千米，质量是地球的863倍。它绕母恒星的轨道不到水星轨道的二十五分之一，一年不到18个小时，表面温度接近2700°C。这类行星1/3质量都是碳，不少碳会因高温高压变成金刚石。

第一颗画出表面热量分布的系外行星：这是2013年哈勃望远镜确认“HD 189733 b”表面颜色为蓝色后所绘的想像图。该行星距离地球63光年，位于狐狸座。它是第一颗画出表面热量分布图的系外行星，并确认表面颜色为深蓝色。它的质量是木星的113倍，一年只有22天。HD 189733 b是继HD 209458 b之后，第二颗发现大气层气体正在蒸发的系外行星，表面温度约1000 °C。

拥有行星的红矮星：恒星K2-3是一颗拥有三颗行星的红矮星，这三颗行星都是属于“超级地球”类型的类地行星，并且都位于K2-3的宜居带内，它们距离地球约137光年。这三颗行星大小分别是地球的21倍、17倍、15倍，其中最外圈15倍地球大小的行星表面可能有适宜的温度，支持表面存在液态水海洋。

第一个直接成像的多行星星系：恒星“HR 8799”是一颗位于飞马座，距离地球129光年的主序星，质量是太阳的15倍，光度是太阳的49倍。这颗恒星系十分年轻，只有6000万年，星系包括部分岩屑盘和至少4颗大质量行星，是第一批直接被影像证实的系外行星。

距离最近的两颗行星：2012年6月21日，天文学家确认恒星“开普勒36”拥有两颗行星，这两颗行星是“超级地球”或“迷你海王星”类型的行星，而且它们之间距离不寻常地近，最近距离不到200万千米。这只是地球与金星最近距离的二十分之一，地球到月球距离的五倍。

身份不明的“Kepler-452b”：“Kepler-452b”发现于1989年，是个质量介于行星与恒星之间的天体，质量下限约为木星的11倍。早期研究认为它是一颗围绕恒星运转的褐矮星，褐矮星是与大部分主序恒星不同的次恒星，质量介于最重的气态巨行星或最轻的恒星之间。现在科学家认为它的特性更像行星，一旦确定，“Kepler-452b”将是最早发现的系外行星。

年度网络最红的系外行星：“开普勒452b”距离地球1400光年，位于母恒星的宜居带内，直径比地球大60%，地表重力加速度是地球两倍，与其母恒星的距离和日地距离相当。2015年7月23日NASA宣布，“开普勒452b”是已知系外类地行星中，与地球相似指数最高的行星。

轨道离心率最大的行星：“HD 80606 b”是一个位于大熊座的气态巨行星，距离地球约 190 光年，其质量是木星的4倍，公转周期111天。与木星不同的是，它和母恒星之间距离变化在 003 到 088 天文单位之间，是已知轨道离心率最大的系外行星。在远拱点时其光照量和地球相当，但近拱点时却是地球的800倍，其气候变化相当激烈，电脑模行预测该行星在一小时内就可使温度上升 555°C。

热木星附近也有同伴：“WASP-47”星系拥有两颗行星，一颗热木星和一颗超级地球类型的岩石行星。它们距离母恒星非常近，是个紧凑型的恒星系统，这也是第一次在一颗热木星类型的行星周围近距离的发现其他行星。

银河系中大概有数千亿颗系外行星。 ESO/M Kornmesser

作者 林文杰

我们的银河系中大约有数十亿颗恒星。如果每颗恒星都至少有一颗行星，银河系中将有1000亿至4000亿颗行星。这当中是否有类似地球的行星？在那上面是否有像人类一样的智慧生命？这一直是天文学家探寻的目标。

很长时间里，我们对行星的认识仅局限于太阳系内的八大行星，直到1995年，天文学家才第一次发现了围绕一颗类太阳恒星公转的系外行星——飞马座51b。不过在此后20年，人类发现的系外行星总数超过了4000颗，其中与地球相似的 超级地球 尤其引人注目。

3月5日，《科学》杂志上的一篇论文报告说，天文学家又发现了一颗超级地球，名叫Gliese 486b。难得的是，这颗超级地球上仍然保留着大气成分，使得它没有那么炽热，并且成为天文学家进行行星大气研究的理想之地。

有大气的超级地球

Gliese 486b 是一颗岩质行星，质量为地球的28倍，半径为地球的131倍，相当于一颗超级地球。

它的“太阳”是一颗红矮星，Gliese 486b 围绕着这颗红矮星，公转半径仅为250万公里， 是目前发现的公转轨道最靠近恒星的系外行星之一 。与之相应，它的公转周期非常短，只有15天，是超级地球的短周期版本，非常特别。

距离恒星越近，行星受到近日物质的干扰会更严重，红矮星上爆发的耀斑也会直接作用在行星上，导致行星表面环境变得惨不忍睹。

在如此恶劣的情况下，行星的大气物质往往会剥离、丢失，变得像彗星一样，一边公转一边拖着自己丢失的大气尾巴。但 Gliese 486b 还保留着由氢气和氦气构成的大气层 ，因而非常具有研究价值。

过去数年，科学家发现的大多是短周期的气态行星，而 Gliese 486b 是像地球一样的岩质行星。借助它，我们能够研究在距离恒星如此近的轨道上，类地行星是如何丢失大气物质的，以及在剥离大气之后，行星表面会发生什么样的变化。

事实上，这正是地球未来的命运，随着太阳进入红巨星阶段并向外膨胀，地球将被动成为这样一颗短周期行星。因此，看到Gliese 486b，就像是看到地球命运的预演。

超级地球Gliese 486b的表面可能流淌着火山熔岩。 RenderArea

它会是宜居行星吗？

Gliese 486b 行星的表面温度预计为430 C，不算太热，比金星的表面温度还要低一些。但对于我们所理解的生命形式而言，还是太过炙热。

相比于其他短周期行星，Gliese 486b的表面温度其实已经算是偏低的。比如距离地球41光年的巨蟹座55E系外行星，表面温度达到了2300 C。Gliese 486b的温度之所以比较低，可能正是受到大气层的影响，这也是它值得被研究的一个关键原因。

事实上， 目前在册的几乎所有短周期系外行星都不适合宜居 。

首先，它们公转轨道半径太小，会受到主星的深度影响，最直接的干扰就是表面温度极高。

其次，短周期系外行星绝大部分可能被潮汐锁定，一面永远朝向恒星，温度极高，另一面则背向恒星，永远处于黑暗中，就像月球只有一面朝向地球那样，结果不仅温度极端，光照条件也非常极端，对整个行星的大气循环极为不利。

第三，恒星的耀斑会直接作用到行星上，在面向恒星的一面产生强烈的电磁辐射，对我们所理解的生命形式极为不利。

由此可见，超级地球 Gliese 486b 实际上并不宜居。那么宜居到底意味着什么呢？或许不单单是找到另一个地球那么简单。

开普勒452b也是一颗超级地球，是最像地球的行星之一。但超级地球并不必然适宜人类居住。 NASA/Ames/JPL-Caltech

宜居就意味着寻找“地球20”？

说到宜居的系外行星，我们想象的一般是“地球模式”。

它满足以下一些基本条件：首先，恒星表面温度合适，且寿命较长，有足够的时间让生命演化。其次，行星需要处于恒星周围的宜居带上，不冷不热，允许水以液态形式存在。此外，行星轨道要足够稳定，不能无缘无故就受到天体撞击，导致生命灭绝。

基本就是要找到一个个“地球20”。毕竟我们目前所知的是，像地球这样的行星确实可以孕育生命。人类如果想要为未来星际移民寻找目的地，大概也要按这样的标准不断搜寻。可是如果要通过层层条件的筛选，我们会发现宜居的系外行星少之又少，仅恒星类型这一点就淘汰了银河系内90%的恒星。

不过我们可以退一步想想， 宜居行星就必需像地球一样吗？ 比如，我们通常认为，水是生命不可缺少的重要成分，但生命真的需要水么？它们必须是碳基生命吗？甚至，其所在行星一定需要太阳辐射来获得能量吗？

或许并不一定。在宇宙的极端环境中，可能生存着超出我们理解范围的生命形式，就像科学家曾经在地球的深海热泉口发现一个全新的生机勃勃的生命世界一样。

随着系外行星探测技术的进步，在未来，无论是宜居行星，还是超级地球，都会越来越多。人类或许需要扩展自己的想象力，明白宜居行星未必能孕育生命，而不在宜居带的星球上，也可能寄居着奇特的外星生命。

毕竟，在银河系的大约数十亿颗恒星中，有些恒星像太阳一样，有多个行星围绕着运转，有些时候则是一个行星绕着两颗恒星旋转——在这些星球上，即使影子也不会孤独。

所以，谁知道宇宙的可能性有多宽广呢？

系外行星Kepler-16b围绕着两颗恒星公转，在那里，影子也不会孤独。

编辑 陈天真

参考链接

https://sciencesciencemagorg/content/371/6533/1038

https://physicsworldcom/a/super-earth-is-astronomers-dream-for-atmospheric-studies/

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