可观测Universe第55章 巨蟹座55e

巨蟹座55e · 描述：一颗极度炽热的“钻石行星” · 身份：围绕恒星巨蟹座55A运行的超级地球距离地球约41光年 · 关键事实：其高密度和富碳成分表明它内部可能形成大范围的钻石层。

巨蟹座55e：宇宙中最昂贵的“钻石行星”（第一篇·从黄矮星系统到碳富集世界的诞生） 当我们谈论“宇宙中的宝藏”往往会想到闪烁的恒星、神秘的黑洞或是藏着生命的系外行星。

但有一颗行星它的“宝藏”不是石油或贵金属而是铺满核心的钻石——它就是巨蟹座55e（55 Cancri e）一颗围绕黄矮星运行的超级地球因极高的密度和富碳成分被称为“宇宙中最昂贵的行星”。

41光年外这颗行星在恒星的炙烤下旋转表面温度超过2000°C没有液态水没有大气层却藏着连地球都羡慕的“钻石矿”。

它的存在不仅挑战了人类对行星成分的传统认知更像一把钥匙打开了我们理解“碳基行星”演化的大门。

一、巨蟹座55系统：一个藏满“意外”的黄矮星家族 要理解巨蟹座55e必须先走进它的“家园”——巨蟹座55恒星系统。

这是一颗位于巨蟹座的G型黄矮星（光谱型G8V）距离地球约41光年（相当于银河系内“步行半小时”的距离）与我们的太阳极为相似： 质量：1.03倍太阳质量； 半径：0.97倍太阳半径； 表面温度：5200K（比太阳低约300K）； 年龄：约50亿年（与太阳同龄正值“中年”）。

但与太阳系不同的是巨蟹座55系统拥有5颗已确认的行星是系外行星研究中的“明星家庭”： 55b：超级地球质量4.8倍地球轨道周期14.6天位于内侧； 55c：气态巨行星质量0.2倍木星轨道周期44天； 55d：气态巨行星质量0.8倍木星轨道周期116天； 55f：冰巨星质量0.1倍木星轨道周期260天； 55e：最特殊的超级地球质量8.6倍地球轨道周期仅0.74天（约18小时）。

这些行星的轨道都异常紧凑——55e的轨道半径仅0.015AU（约地球到太阳距离的1.5%）几乎“贴”在恒星脸上。

这种“拥挤”的系统暗示巨蟹座55A在形成时周围的原行星盘物质极为丰富允许行星快速聚集并迁移到近恒星轨道。

二、55e的“极端标签”：超级地球的“密度密码” 2004年天文学家通过径向速度法（测量恒星因行星引力产生的摆动）首次发现55e；2011年哈勃太空望远镜的光谱分析揭开了它最惊人的秘密——这是一颗“碳富集”的超级地球。

1. 质量与密度：比地球更“重”的秘密 55e的基本参数堪称“超级地球的天花板”： 质量：8.6±0.6倍地球质量； 半径：1.1±0.1倍地球半径； 密度：约6.5克/立方厘米（地球平均密度5.5克/立方厘米）。

密度是行星成分的“指纹”：地球的密度来自铁核（占30%质量）和硅酸盐 mantle（占70%）；而55e的密度更高说明它的核心或 mantle 中含有更重的元素——碳。

2. 光谱证据：碳/氧比的“异常值” 哈勃望远镜对55e大气层的观测（尽管大气层极薄）发现了一个关键线索：碳与氧的元素比（C/O）高达10:1。

相比之下地球的C/O比仅为0.5:1太阳系的类地行星（如水星、金星）C/O比约0.1:1。

碳/氧比的异常直接指向行星的形成环境：在巨蟹座55A的原行星盘中碳元素的丰度远高于氧——可能是恒星形成时周围的分子云富含碳质尘埃（如石墨、碳化硅）或是行星形成过程中氧被优先消耗在形成水或氧化物中留下了大量游离碳。

3. 钻石层的猜想：高压下的碳同素异形体 碳在宇宙中有多种同素异形体：石墨、金刚石（钻石）、立方氮化硼等。

在行星内部的高压环境下碳会倾向于形成钻石——因为钻石的密度（3.5克/立方厘米）远高于石墨（2.2克/立方厘米）能在高压下保持稳定。

根据55e的密度和质量天文学家推测：它的核心和 mantle 中约50%的质量是碳且以钻石或碳化物的形式存在。

换句话说这颗行星的内部藏着一个厚度达数千公里的钻石层——比地球的铁核还要大。

三、形成之路：从碳质尘埃到“钻石行星” 55e的“钻石属性”不是天生的而是恒星系统与行星形成过程共同作用的结果。

1. 原行星盘的“碳富集”：恒星的“遗产” 本小章还未完请点击下一页继续阅读后面精彩内容！。

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