图片来源：美国国家科学基金委员会激光干涉引力波天文台（LIGO），索诺马州立大学 A. Simonnet.
在外星生命的探寻中，地球作为唯一已知的宜居行星始终为搜寻的起点。“我们在寻找能够让人想起家的行星”，加州大学圣克鲁斯分校的天文学家 Natalie Batalha说。这意味着岩质行星与其恒星——类似太阳的恒星——之间的距离恰到好处，使行星能够吸收足够的恒星星光，从而令其表面的水以液态形式存在。
然而，当天文学家们发现了数以万计的行星时，他们邂逅的是由形形色色的行星组成的迷乱动物园。因此，一颗岩质行星（以目前望远镜的识别能力而言，指类地行星）可能与我们熟知的世界千差万别。既然如此，那么这些岩质行星的环境到底能有多么诡谲呢？即使是极端怪异的世界也能够孕育生命吗？ “是什么样的物理过程使他们更加多样化？”Batalha 说，“这也是我们在努力搞清楚的问题。”
很多这样的物理过程发生在行星的内部深处。特别是行星内部的放射性元素，他们可能通过加热行星内部对宜居性产生重大影响。人们认为，至少在地球上，一个强健稳定的地热来源对板块构造和行星磁场的形成至关重要，二者转而也对生命有决定性的影响。在核心热量的驱动下，地壳板块像传送带那样在地球表面滑动，有助于稳定行星的气候。而通过地质时代的碳循环，板块运动也调节着大气中的二氧化碳。我们行星的磁场形成于地核处旋转的熔铁层产生的电流，帮助我们抵御严酷的宇宙辐射。这台地质“发电机”的性能取决于地幔中放射性热的含量。
如今，一项新的研究发现，一个宜居的世界可能确实需要适量的放射性核素。若放射性核素过多，那么行星可能缺乏形成强力磁场的旋转发电机，不过它也可能因此而拥有炙热岩石烤出的厚重而又恶劣的大气层。若放射性核素过少，那么行星不够温热的内核可能过于寒冷呆滞，根本无法维持地质活动——甚至可能使发电机停机。
这项研究于发表于《天体物理学杂志通讯》，第一作者为加州大学圣克鲁斯分校的地球物理学家 Francis Nimmo。Nimmo 表示：“即使你找到了一颗与地球在大小、年龄上别无二致的行星，两者之间也可能有着根本性的差异。”
发现了一颗宜居行星？那得感谢中子星关于放射性核素对行星内核可能产生的影响，本项研究的学者们并非首个探究这一课题的团队。不过，未参与这项研究的科罗拉多大学博尔德分校的地理学家 Stephen Mojzsis 表示，这篇论文“探究了系外类地行星产生的不同热量引发的地球物理学和地球动力学结果，比我之前读过的相关研究更加详尽”。
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在我们的行星内部，热对流驱动着发电机：炙热的熔铁从深处被抬升，与顶层温度更低的地幔相遇，随后冷却并再次向地核方向下沉。这一循环将热量传递至地幔，再经由板块运动通过地表释放出来。炙热的地幔物质从板块边界及其他地质构造活跃区域的地壳裂缝中渗
出。冰冷的地表岩石堆挤入滚热的地幔，像往温热的饮料中加冰一样使之冷却下来。Nimmo表示，抛开上述在调节地球气候方面的重要性不谈，如果没有板块运动，地幔便无法有效冷却。换言之，地球若没有板块运动，便不会形成对流，遑论发电机的存在了。
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一颗岩质行星是否具有发电机和板块运动并非事先决定的。在所有围绕我们的太阳做公转的类地行星中，只有地球二者兼备，这很大可能是因为地球的大部分热仍留存在其内部。
Mojzsis 表示，现如今，地球大概有一半的热量是其诞生时留下来的，这些热量来自数千万年间无数岩石在重力作用下聚集产生的高能撞击。而我们的行星余下的大部分内热则源自放 射性核素钍 232 和铀 238。
这些放射性核素很可能在中子星——大质量恒星爆炸遗留的超高密度恒星残骸骸——的剧烈撞击形成。在这些撞击事件中，中子聚集在重原子核上，形成更重的核，其中的一部分原子核随后爆炸进入更广袤的宇宙。此类撞击十分罕见，在类似银河系这样的大星系中约 每10万年发生一次。每次发生，撞击事件都会产生大量放射性核素，他们最终参与形成巨 大的气体和尘埃云，这些气体和尘埃云偶尔会塌缩形成恒星和行星。由于此类撞击实在太过稀少，银河系中恒星内放射性核素的丰度差异很大，范围约在我们太阳系“当地”水平的30%至300%之间。
撰文：Marcus Woo
翻译：耿淑娟
审校：王昱
引进来源：科学美国人
本文来自：中国数字科技馆
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