巨蟹座 55 e：比地球还大的钻石？

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长久以来，上层的化学反应凝聚的碳一直流向这颗行星的中心。在那里，碳聚集起来，在数百万大气压的压力作用下结晶定型。因而那儿——是自然界与人类开的一个大玩笑——埋藏着对人类非常珍贵的东西。 ——阿瑟•克拉克《2010太空奥德赛》著名科幻作家克拉克的这一天才设想，如今似乎已经在遥远的宇宙空间里得到了证实。耶鲁大学的尼库•麦杜苏德汉（Nikku Madhusudhan）表示与先前的论断相比，巨蟹座 55 e更有可能是一颗主要由碳单质和碳化物构成的行星，换句话说，就是一颗“钻石行星”。
并非第一颗“钻石星”事实上，这已不是人类第一次找到“钻石星”了。早在2011年8月25日，一颗围绕毫秒脉冲星旋转的“钻石星” PSR J1719-1438 b 就已被发现。它极其贴近母星，公转轨道半径甚至小于太阳的半径。然而，PSR J1719-1438 b 却不是一颗货真价实的行星。亿万年前，它和它围绕旋转的“中央星”一样，都是发光发热的正常恒星。 后来，中央的恒星先一步走到了生命的尽头，发生超新星爆炸演化为一颗脉冲星。而这颗“伴星”则在被中央星强大的引力不断“吮吸”变小的“屈辱”岁月中度过余生，衰朽成为一颗白矮星。最终，白矮星的外部壳层被吸光，裸露出碳质的核心，并在强大的相互引力作用下形成类似钻石的物质，也就形成了一颗“钻石星”。

围绕脉冲星转动的碳行星想象图。（图片来自：discovery.com）

灼热水层包裹的”地狱之星”？和近年来发现的众多默默无闻的系外行星相比，巨蟹座 55 e 可谓“出身名门”。它绕转的母恒星——巨蟹座 55 A（又名轩辕增十九）在夜空中用肉眼就能看见。巨蟹座 55 e 挤在一个“四口之家”的最里层，和它的姐妹弟兄们（巨蟹座 55 b、c、d）一起围绕母星旋转。这些行星的绕转使得母恒星本身也围绕着共同的质心微微绕圈晃动，从而使星光的颜色发生微小的周期性变化。天文学家们就是依据这个原理，把它们挨个从母星的明亮背景中“揪”出来的。
2011年4月27日，加拿大MOST空间望远镜首次观察到巨蟹座 55 e 从母星的正前方掠过，遮住母星的一部分使亮度降低，这一现象称为“凌星”（类似的，我们也可以观察到位于地球轨道内侧的水星和金星发生“凌日”现象）。很快，人们借助巨蟹座 55 e 一次又一次的凌星测出了它的公转周期——仅为18个小时！并且还根据凌星时母星的亮度变化测出了行星半径、体积和质量的精确值。它的大小约为地球的两倍，质量却达到地球的八倍，密度约为5.9克每立方厘米。巨蟹座 55 e与母星之间的距离不超过日地距离的1.6%，表面温度高达2150摄氏度。

夜空中的巨蟹座，以及其中的巨蟹座55A。（原图来自：spacetelescope.org，标注：老猫）

根据这个密度值，再参考太阳系中地球和其它星球的内部构造，科学家一度推测巨蟹座 55 e 应是一颗以硅氧成分为主的岩石行星，内部具有铁质核心。问题和麻烦接踵而至：即便不考虑铁质核心，将它想象成一颗完全由硅氧构成的星球，也很难解释这颗行星为何有如此大的体积。于是，“地狱之星”的假设就此出炉。在这个理论中，巨蟹座 55 e 由内部的铁质核心，硅氧为主的岩石圈层和表面厚厚的一层水构成。由于距离恒星如此之近，行星表面的水被炙烤成“超临界流体”的状态，整个星球就像是一口大蒸锅，一个被厚厚的超临界水层包裹的灼热地狱。

冷知识：任何物质在的温度和压力超过了它的临界点的时候，液相和气相之间的分界面消失，物质将以一种超临界流体的状态存在。这个时候，它会像气体一样从固体容器内逃逸，也会像液体一样溶解各种物质。

错了！更有可能是“钻石星”然而，尼库•麦杜苏德汉研究组对这个东拼西凑的理论并不满意。毫无疑问，在距离恒星如此之近的炙热星球上，厚厚的水层必然是不长久的。他们提出了另一种更加靠谱的可能：这颗行星是一颗主要由碳构成的星球，也就是传说中的“钻石行星”。“太阳系的岩石行星都富含氧和硅，然而这并不意味着一成不变，在宇宙的某些地方很可能存在着富含碳的行星。”
和先前天马行空的“蒸锅地狱”星球理论相比，“钻石行星”的理论有着更加坚实的事实依据：巨蟹座 55 e 的母星是一颗富含碳和铁的恒星，碳氧元素比达到了1.12左右，是太阳系的两倍多。根据广泛接受的行星系起源理论，恒星与行星均脱胎于同一个“星云盘”，也就应该具有相似的元素组成。根据分析，巨蟹座 55 e 有可能拥有一颗铁质核心，覆盖有由碳/碳化硅或者碳/钙钛矿相顽辉石（MgSiO3）构成的岩石圈。而在高温和适当的压力作用下，碳质行星的地层深处可能会有数千米厚的石墨转化为钻石。因此，巨蟹座 55 e 很有可能是一颗名副其实的“钻石行星”。

“钻石行星”巨蟹座 55 e 想象图。（图片来自：futurity.org）

不仅如此，研究组还对巨蟹座 55 e 的形成过程进行了模拟。模拟结果显示，由于温度的不同，在接近母星的地方只能形成以铁和碳化硅为主的行星，稍远一些则主要形成铁和碳为主的行星，更远的地方形成的行星以铁和镁橄榄石（Mg2SiO4）为主。鉴于巨蟹座 55 e 很可能是一颗碳质行星，研究小组认为它应当形成于更加远离母星的位置，后来才逐渐漂移到现在的轨道上。
巨蟹座 55 e 究竟是不是“钻石行星”？这还需要更精确的观测数据来验证。即便它真的是“钻石行星”，以人类现有的宇航技术水平也根本无法跨越40光年，开采到“宇宙牌”钻石。然而，“钻石行星”向我们揭示了一个更加丰富多彩的宇宙。碳和碳化硅的导热能力比构成地球地幔的硅氧化物高出两个数量级，因此，在以碳质为主的星球上，板块运动和行星演化过程很有可能会完全不同。对行星科学来说，这将是一个全新的领域。