围绕年轻恒星形成行星（艺术家绘图）。地球深处氪同位素测量显示，水、碳和其他挥发物融入地球的时间比以前认为的更早。图片来源：欧洲南方天文台
帆叶网据中国科学报：美国加州大学戴维斯分校的一项新研究表示，从冰岛和加拉帕戈斯群岛的地质热点中收集到的地幔中的氪，更清晰地揭示了地球是如何形成的。这项研究12月16日发表在《自然》杂志上。
不同的氪同位素是科学家寻找地球组成成分的化学“指纹”，比如来自太阳系内外的太阳风粒子和陨石。相关发现表明，地球上的挥发性元素（如碳、水和氮等基本元素）是在地球成长中并成为一颗行星时到达地球的。这与流行的理论相矛盾，即地球的挥发性元素主要是在地球形成末期（以形成月球的大碰撞为标志）传递的。相反，氪同位素表明，来自寒冷的外太阳系的星子在大碎裂之前的数百万年就曾轰击过地球。早期地球还从太阳星云（太阳周围的云）中吸走了尘埃和气体，并受到了陨石的轰击。
原始地球化学
冰岛和加拉帕戈斯群岛的火山热点喷出的熔岩是由来自地幔最深处（靠近地核边界）上升泥状岩浆柱。这一深层元素和矿物质与月球形成之前相比相对没有变化，就像一个时间胶囊，记录了超过44亿年前的早期地球化学。
Mukhopadhyay的实验室专门对地球和其他地方岩石中的稀有气体进行精确测量。为了取样深地幔氪，研究人员收集了羽状熔岩热点。这些古老的气体在喷发的熔岩中上升到表面，当熔岩熄灭为固体时，会被困在一个玻璃基质中，以气泡的形式被掩埋，在一定程度上免受外界污染。
然而，Mukhopadhyay说，即使是这些气泡中最丰富的氪同位素也只有几亿个原子，这使得它们的检测具有挑战性。Péron设计了一种用质谱法测量地幔氪的新技术，在几乎没有空气污染的环境中从岩石样品中浓缩氪，并将其与氩和氙巧妙地分离。
“我们的研究是第一次精确测量地幔的所有氪同位素，包括最稀有的氪同位素，Kr-78和Kr-80。”她说。
建立一个星球
研究人员发现，深地幔氪的化学指纹与原始的、富含碳的陨石非常相似，这些陨石可能来自太阳系寒冷的外部区域。Mukhopadhyay和其他人之前的工作发现，地幔深处的另一种惰性气体——氖，来自太阳。
这两种不同的结果表明，地幔至少有两种不同的不稳定来源，并在地球历史早期就产生了。研究人员还注意到，与已知的陨石相比，深地幔中罕见的同位素Kr-86较少。Kr-86的缺失表明，仅是已知的陨石可能无法解释地幔中所有的氪元素。
新结果也暗示了地球大气是如何形成的。研究人员发现，地幔深处不同的氪同位素的比例与地球大气中的同位素比例不匹配。这意味着地球大气层中的一些气体，包括氪等稀有气体，在形成月球的撞击后被送到地球。Péron说，否则，由于撞击后的同位素平衡，地球地幔和大气将有相同的同位素组成。
ALMA 观测行星形成的尘埃遗址
PDS 70的伪彩色合成图像。左面板显示了之前在0.87毫米处的ALMA观测结果，右面板显示了3毫米处的新ALMA观测值。合成图像将毫米/亚毫米连续图像与ALMA（红色）、W.M.Keck天文台的红外连续图像（绿色）和VLT拍摄的氢发射线的光学图像（蓝色）相结合。图像显示，ALMA观测到的尘埃排放在Keck和VLT探测到的行星外形成了环状结构。在3毫米的波长处，可以明显看到粉尘排放集中在西北方向（图像的右上角）。来源：uux.cn/ALMA（ESO/NAOJ/NRAO），W.M.Keck天文台，VLT（ESO），K.Doi（MPIA）（神秘的地球uux.cn）据ALMA望远镜：阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）通过在刚刚形成的行星轨道外检测到高浓度的尘埃颗粒（一种行星形成材料），成功地观测到了行星形成的地点。由Kiyoaki Doi领导的一个国际研究小组，当时是日本国家天文台（NAOJ）/高级研究生大学SOKENDAI的博士生，目前是马克斯·普朗克天文学研究所的博士后，用ALMA对一颗名为PDS 70的年轻恒星周围的原行星盘进行了3毫米波长的高分辨率观测。该天体拥有两颗已知的行星，新的ALMA观测揭示了行星轨道外尘埃颗粒的局部积聚。这一发现表明，已经形成的行星为行星积累了物质，并促进了下一颗行星的潜在形成。这项工作有助于揭示由多个行星组成的行星系统的形成过程，如太阳系。这篇题为“ALMA波段3观测揭示的PDS 70盘的不对称尘埃积聚”的文章已被《天体物理学杂志快报》接受发表。它可以在arXiv预印本服务器上找到。迄今为止，已经在太阳系内外发现了5000多颗行星。在某些情况下，它们组成了由多个行星组成的行星系统。这些行星被认为起源于围绕年轻恒星的原行星盘中的微米级尘埃颗粒。然而，这些尘埃颗粒是如何在局部积累并导致行星系统形成的，目前尚不清楚。PDS 70是唯一已知的在原行星盘内具有已形成行星的天体，这一点已通过光学和红外观测得到证实。揭示该天体中尘埃颗粒的分布将有助于深入了解已经形成的行星如何与周围的原行星盘相互作用，并可能影响随后的行星形成。之前对0.87毫米ALMA的观测揭示了行星轨道外尘埃颗粒的环形排放。然而，发射源可能在光学上很厚（不透明，近侧的灰尘颗粒会遮挡后面的灰尘颗粒），观察到的发射分布可能无法准确反映灰尘颗粒的分布。由Kiyoaki Doi领导的研究人员使用ALMA在3mm波长下对PDS 70周围的原行星盘进行了高分辨率观测。3mm处的观测值在光学上更薄（更透明），从而更可靠地提供了尘埃颗粒的分布。3毫米的新观测结果显示，与之前的0.87毫米观测结果不同，尘埃排放集中在行星外尘埃环内的特定方向。这表明，尘埃颗粒是行星的组成部分，在狭窄的区域积聚并形成局部团块。行星外的尘埃团表明，已经形成的行星与周围的星盘相互作用，将尘埃颗粒集中在轨道外缘的一个狭窄区域。这些聚集的尘埃颗粒被认为会生长成一颗新行星。行星系统的形成，就像太阳系一样，可以通过重复这个过程从内到外依次形成行星来解释。这项工作通过观测捕捉了已经形成的行星如何与周围环境相互作用并触发下一颗行星的形成，有助于我们理解行星系统的形成。领导这项工作的Kiyoaki Doi说：“天体由多个组件组成，每个组件都发射不同波长的辐射。因此，在多个波长下观察同一物体可以提供对目标的独特视角。“在PDS 70中，行星是在光学和红外波长下发现的，而原行星盘是在毫米波长下观察到的。这项工作表明，即使在ALMA的观测波长范围内，星盘也表现出不同的形态。“这突显了跨不同波长观测的重要性，包括使用ALMA进行多波长观测。使用不同望远镜在不同观测设置下观测目标的多个组成部分对于全面了解整个系统是必要的。”
TESS发现土星大小的系外行星TOI
TOI-4994在30（上）、10（中）和2（下）分钟节奏下的TESS光曲线，结合了6个不同的扇区。来源：uux.cn/Rodriguez等人，2024。（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（Tomasz Nowakowski）：利用美国国家航空航天局的凌日系外行星勘测卫星（TESS），一个国际天文学家团队探测到一颗围绕一颗遥远恒星运行的新系外行星。这个新发现的外星世界被命名为TOI-4994b，它很温暖，比土星稍小。这一发现发表在12月3日预打印服务器arXiv上的一篇研究论文中。迄今为止，TESS已经确定了7300多颗候选系外行星（TESS感兴趣的天体，或TOI），其中571颗已被确认。自2018年4月发射以来，该卫星一直在对太阳附近约20万颗最亮的恒星进行调查，目的是寻找凌日系外行星，从小型岩石世界到气态巨星。现在，由马萨诸塞州剑桥市哈佛-史密森天体物理中心（CfA）的Romy Rodriguez领导的一组天文学家证实了TESS监测到的另一个TOI。他们在TOI-4994的光曲线中发现了一个凌日信号，这是一颗与太阳大小和质量相当的G型恒星，距离约1079光年。该信号的行星性质得到了使用地面望远镜（包括Las Cumbres天文台全球望远镜（LCOGT））的后续观测的证实。研究人员解释说：“在TESS的第12区首次检测到一个周期为21.5天的凌日信号，随后通过地面的后续光度测定得到了证实。”。这颗新发现的行星的半径约为0.76木星半径，其质量估计为0.28木星质量，其密度与土星相似，为0.78 g/cm3。TOI-4994b每21.5天绕其宿主运行一次，距离宿主0.15天文单位，其平衡温度约为717.6 K。因此，TOI-4994b的性质与土星相似，可以归类为温暖的土星系外行星。一般来说，已知的温暖土星的数量仍然相对较少，因为迄今为止发现的这类行星不到20颗，这使得TOI-4994 b成为该样本的有价值的补充。该论文的作者指出，TOI-4994 b的性质也表明，其历史是由行星间的散射和可能的合并形成的。然而，为了证实这一点，还需要进一步的观察。他们补充说，这颗行星是后续恒星倾角测量的良好候选者。当谈到母恒星TOI-4994（也称为TIC 277128619）时，它的半径约为1.05太阳半径，而它的质量与太阳相当。这颗恒星估计有63亿年的历史，有效温度为5640 K，金属丰度为0.165 dex。
