系外行星中元素丰度的统计

最近，我遇到了碳行星的概念-与地球不同，行星将主要由碳而不是氧，硅和镁形成。（我不算铁，主要是铁心被锁住了）。现在，我对总体行星化学成分感兴趣。我找到了一些有趣的文章来研究行星化学成分的变化主题（例如here或here），但是对我而言，要全面了解该领域的状态非常困难。

我想问一下这些事情：

1.预计将发生什么典型的地球行星组成？（我想会有很多相关性，某些元素组在绑定时会同时出现，例如与CNO循环或其他核循环有关。）

2.陆地行星的化学成分实际上有多少不同？（也就是说，所有陆地行星彼此之间大多是相似的，还是应该指望每个行星系统具有独特的元素比例？）

系外行星化学丰度的观测测定尚处于初期阶段。对于地球类型的行星，即那些尺寸小于几个地球半径的行星，约束条件仅限于将测得的密度（从开普勒和CoRoT发现的过渡行星的质量和半径中获得）与某些行星的模型进行比较。假定的构图看起来像。最近的一个很好的例子可以在Dressing等人的文章中找到。（2015）。在本文中，他们声称所有低质量行星都与一个简单的2分量模型（83％MgSiO的混合物$_3$和17％的铁，但是这种情况会随着质量的提高而改变，其中需要更多的挥发性元素或大量的水来解释其较低的密度。下图取自该论文，说明了可用数据，应该是最新的。请注意所有低质量行星（以及地球和金星）如何可以位于同一系列模型上。

我不认为作者声称这完全是所有行星的组成，而只是说明目前似乎与这种组成没有太大的偏差（例如，仅由行星组成的行星）铁）。

该图上的行星相对较少，因为很难获得较小的过境行星的质量（它需要检测由于行星在其主恒星上的拉动而引起的多普勒频移）。

当然，不同的模型会产生不同的结果。例如，Wagner等。（2012年）使用相同的Kepler-10b和CoRoT-7b数据以及他们自己的详细模型来论证，这些行星的铁芯约占地球的60％，即比构成地球的铁芯多得多。

目前的最低质量行星的当前数据表明，有可能仅是多样性的数量有限。但是我们正在使用的信息，样本数量以及仅确定质量和半径的事实太稀疏，无法确定。

从理论上讲，有很多想法。关于地球型行星形成的基本概念是，它们的形成（相对）靠近母恒星，并且其成分反映出在高温下哪些元素和矿物可以从原行星盘中凝结出来。这又取决于原行星盘中存在的元素的平衡，行星在圆盘中的形成位置，原行星盘的详细结构，其如何冷却以及行星如何在圆盘中迁移。毫不奇怪，通过改变这些条件中的某些条件，可以制造出具有多种成分的行星，正如我上面所说，这似乎与现有证据有些矛盾。

这些理论方法的示例可以在Moriarty等人的文章中找到。（2014年）（您很熟悉），另请参见Carter-Bond等。（2012年）举例说明如何产生化学多样性。似乎Mg / Si和C / O比对所形成行星的最终成分影响最大。低的C / O比有助于形成硅酸盐和较少的载碳化合物；但是如果碳比氧气多，那么形成碳和碳化硅（我想这就是您所说的“碳行星”的意思）就变得更加有利，但这也取决于行星形成区域的温度。作为参考，太阳的C / O比为0.54，地球中碳的相对丰度要低得多（比太阳中的低），但其他恒星中测得的C / O比可以更高。

您可能很难找到这些问题的明确答案。我的回答是相同的，希望这可以为更加具体和全面的工作做一个起点。

通常，元素的丰度似乎与其质量密切相关。实际上，元素越重，它将越稀缺。这是由于当您朝着周期表中较重的元素前进时，发生融合过程所需的能量大大增加。

据说比铁（铁）重的元素需要形成诸如超新星爆炸（或温度相似的环境）之类的事件，一旦恒星燃烧其硅燃料并坍塌并产生足够的能量用于随后的聚变反应，就会发生这种事件。 。

该视频介绍了过程

如果不研究元素的成分，您可能可以从单个元素的相对丰度开始，以确定它们存在于任何给定星球上的几率，然后从那里进入它们将在行星地壳和大气中形成的形式/化学组成。

这是一张来自维基百科的图表，显示了基于光谱（基于元素的发射和吸收光谱）测量结果的元素的相对丰度。

也显示在这里