整个宇宙中,我们已知的宜居星球只有一个,那就是地球。我们的家园是唯一一个我们确信已经出现生命的星球。
但据我们所知,生命存在的条件可能并不局限于类地行星,现在科学家们已经确定了一种可能在数十亿年前就具备宜居条件的系外行星。
关键在于长期存在的液态水。在地球上,液态水的存在对生命的出现至关重要。进一步说,能够保留液态水的系外行星更有可能孕育我们目前所理解的生命。
由瑞士苏黎世大学的天文学家玛丽特·莫尔·卢斯领导的一项新研究得出结论:良好、厚实的氢氦大气层可以在很长一段时间内,维持适合生命生存的温度和条件。
瑞士苏黎世大学的理论天体物理学家拉维特·赫尔德说:“地球上的水可以维持液态的原因之一,是因为它的大气层。由于其自然的温室效应,它捕获了适量的热量,为海洋、河流和降雨创造了合适的条件。”
然而,地球的大气层并不总是今天的样子。主要构成是氮气,其次是氧气,只有少量的氢和氦。
当这颗行星刚刚形成时,它拥有所谓的原始大气层,主要由氢和氦组成——这是形成太阳和太阳系的尘埃和气体云的主要成分。
地球很早就失去了原始的大气层,可能是几个过程的结果,包括非常热的年轻太阳的辐射和陨石的轰击。
但有可能一颗超级地球系外行星——比地球大,但比海王星小——能够比地球保持其原始大气的时间长得多。
“如此巨大的原始大气层也可能引发温室效应——就像今天地球的大气层一样。”赫勒德解释说。“因此,我们想知道这些大气层是否能为液态水创造必要的条件。”
为了进行这项研究,该团队模拟了具有不同核心质量、大气质量和与主恒星轨道距离的系外行星,该团队将其模拟为类太阳。
他们的研究结果表明,拥有厚厚的原始大气层的系外行星确实足够温暖,可以使液态水存在100亿年之久。
* 这是其中一颗系外行星的样子
但为了避免强烈的恒星辐射,这颗系外行星需要与恒星保持相当远的距离——大约是地球到太阳距离的两倍。对于太阳系来说,因为距离太阳太远,所以行星表面的水很可能是冰冻的。
但太阳并不是行星唯一可以享受的加热源。有些世界,包括地球也可以靠自身产生热量。这可以通过多种途径实现,比如地热过程,以及放射性元素在衰变过程中产生的热量。
因此,研究人员说,如果一颗与主恒星保持如此距离的超级地球系外行星既有原始的大气层,又有足够的内部热量来保持自身的温度,那么就能满足表面液态水的条件。
伯尔尼大学的理论天体物理学家克里斯托弗·莫达西尼说:“这可能会让许多人感到惊讶。”
天文学家通常认为,液态水会出现在恒星周围接收到适量辐射的区域:不要太多,这样水就不会蒸发,也不要太少,这样水就不会全部冻结。
“由于液态水的存在可能是生命存在的先决条件,而生命可能花了数百万年才在地球上出现,这可能会极大地拓展寻找外星生命形式的视野。”根据我们的结果,它甚至可能出现在所谓的自由浮动的行星上,这些行星不围绕恒星运行。
假设这个内部加热模型可以使有厚厚冰层的世界中产生生命,比如土星的卫星——恩克拉多斯和木星的卫星——欧罗巴,以及围绕着游荡在银河系各处的流浪系外行星运行的卫星。
对于团队的模型来说,它需要很多部件在正确的时间出现在正确的地方。这并非不可能,毕竟,地球上所有的生命就是一个例子——虽然这可不会轻易发生。
“虽然我们的研究结果令人兴奋,但也应该持怀疑态度。这样的行星要想长期拥有液态水,就必须有适量的大气层。我们不知道这出现的概率有多大。”莫尔达西尼说。
即使在合适的条件下,生命在这样一个奇异的潜在栖息地出现的可能性也尚未明确。这是天体生物学家的问题。尽管如此,这项研究也能表明,以地球为中心来作参考、并以此来判断星球的宜居性的想法可能太狭隘了。”
(科幻世界 独家编译)
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