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天体生物学家说,这24颗行星可能比地球更适合居住

2021-3-21 46 3/21

天体生物学家已经确认了24颗系外行星,它们不仅具有潜在的可居住性,而且还具有潜在的超适居性,表现出一系列比地球上所见更适合生命的条件。

艺术家描述了一颗宜居的系外行星

图片来源:美国宇航局 艾姆斯/ 寻找外星智慧生命研究所/加州理工学院喷气推进实验室

如今,有环保意识的人们当中,有种说法是没有行星B,但是《天文生物学》发表的一篇新论文却暗示了存在行星B。华盛顿州立大学的德克·舒尔兹·马库奇领导的研究小组确认了24个系外行星,它们可能提供比地球更宜居的条件,从而使其“超适居”。可悲的是,所有系外行星离我们有100光年之远,想要摆脱“行星秀”的人们,现在还不是时候打包行李。

要明确一点,这并不意味着这些星球上存在生命,只是说这些星球可能宜居,或者只在这种情况下“超适居”。

雷内·海勒是马克斯·普朗克太阳能系统研究所的天体生物学家,他也是这项新研究的合著者,他在2014年写过一篇类似的论文。海勒与韦伯州立大学的约翰·阿姆斯特朗合著,他们争论是否存在“超适居”星球,天文学家应一直寻找这类假想天体。作者列出了一些移居要求,以及一个候选星球。这项新研究将该想法扩展开来,提出了一套更完善的超适居标准,并列出了24个候选系外行星。

若系外行星更适宜居住,它们要比地球更古老、更大、更重、更温暖以及更潮湿,系外行星的理想位置在比地球寿命更长的恒星周围。所以根据这项新研究,地球和太阳都没有系外行星适合宜居。

的确,我们认为太阳创造了极好的生存环境,但它的寿命相对较短,只有100亿年。考虑到地球上出现复杂生命需要40亿年,可想而知,许多像太阳这样的恒星(称为G恒星),在产生复杂生命之前就已经死亡。因此,作者说我们应该寻找系外行星,它们位于K矮星液态水友好宜居带内,这些矮行星比G恒星更凉、更小、亮度更低,它们可以发光200亿至700亿年。或许你想知道为什么不包括红矮星?

因为此类恒星似乎对生命极不友善,它们极频繁地导致太阳爆发。

正如新研究所言,年龄稍大于地球的行星有可能更宜居。行星变老时,作者写道,“内部产生的热量耗尽可能会导致最终的冷却,对全球温度和大气成分产生影响”。地球有45亿年的历史,但从概率的角度看,年龄在50亿至80亿年之间的行星可能更宜居。

超适居的行星比地球更大、更重,质量大约是地球的1.5倍,体积大概比地球大10%。这样的行星将有更宜居的地表,但这只存在符合另一重要条件时才成立,那就是:有足够的板块构造才能形成像大陆一样的大型陆地。作者认为,超宜居行星还应有大量的水以及群岛。稍重一点的行星意味着更强的引力,这有助于长时间保持大气层。重要的是,这些行星还应有强大的地磁防护罩。

研究人员称,有关宜居行星大气的问题,超适居行星应有充足的水分、云层和湿度,氧含量应在25%到30%之间(地球的大气由21%的氧气组成)。宜居行星也应是温暖的,其平均表面温度要比地球高8华氏度(5摄氏度)(至少在今天是这样,稍后再详细介绍)。这里的想法是,加上额外的水分,这些行星将有广阔的热带地区,较少的寒冷和干燥地区。

像地球一样,超适居行星也应有适度距离的大型卫星。月球除了会造成海洋潮汐外,还会减慢地球的自转速度(如果没有月球,白昼会短得多),它还会使地球轴倾斜度随时间推移而保持稳定,从而形成固定的季节。

有了这些标准后,科学家们对已知的4,500颗系外行星进行了研究,来了解究竟有多少可能有超适居性的行星。其中有24颗行星脱颖而出,但没有一颗行星符合所有列出的超居住性标准。一颗名为KOI 5715.01的系外行星具有列出的三个标准,是所有系外行星中符合标准条数最多的。需要明确的是,目前许多标准超出了我们的检测能力,例如大气中的氧气、板块构造、地磁和自然卫星。而且,只有开普勒1126
b和开普勒69c这两颗行星,是经过科学验证的行星,其余的行星都在未经确认的“开普勒兴趣物体”清单中。因此,其中一些“系外行星”可能甚至根本就不是行星。

阿雷西博的波多黎各大学行星宜居性实验室主任阿贝尔·门德斯,在一封电子邮件中写道,新论文“为超宜居行星众多潜在场景之一提供了良好的理论背景。”他没有参与该项新研究,他说,“前尚无法在当前系外行星数据库中识别出此类行星,因为我们了解的信息很少。”尽管如此,作者还是发现了一些(但不是全部)的必要特征。

我们还要考虑其他的限制。鉴于地球是唯一已知的宜居性星球,因此作者自然偏向于类地条件。命可能会在未知条件下繁衍,请务必牢记这一点。也就是说,作者确实考虑了绕K矮星轨道上的行星,公平地说,这远远超出了我们的范式。

新论文说,超适居行星应该比地球更大、更重,但其他研究表明,这些行星大多是水的世界,也就是说,系外行星完全被海洋覆盖。这显然不利于生态多样性,并且严重限制了宜居性。这并不一定是问题的关键,但它确实表明,超适居行星存在的话,是极为罕见的。

考虑到人为引起的地球气候变化造成的种种问题,作者还将温暖的气温列为标准,这是一个相当敏感的话题。但正如舒尔茨·马库奇在电子邮件中解释的那样,我们不应混淆这两件截然不同的事物。

他解释道:“对现在的地球而言,全球变暖将是一件非常糟糕的事情,因为我们已经建立了生物圈和大气环流模式,而温度变化会导致极端天气,这会给生物圈带来很大压力,从而导致物种灭绝。此外,这将使海平面上升,减少陆地面积和沿海地区,剥夺宝贵的栖息地,并给生物圈的许多地方带来更大的压力。”

但与此同时,要是我们从另一个星球出发,最好是一个更大的星球,“那么温度会更高,水分含量会高于地球,这可能会非常有益,” 舒尔茨·马库奇说。他说,目前热带雨林的多样性和石炭纪时期就是例证,当时地球上生物量和生物多样性都很丰富。但如果没有必要的水分,我们“将只有像阿塔卡马沙漠一样温暖,根本没有多少生命。”

我们还不知道这些条件可能产生的连锁反应。理论上听起来不错,但实际情况可能大不相同,因为这些环境特征综合起来可能导致完全不适合生命生存的条件。尽管如此,这仍是一项令人振奋且具有争议性的研究,因为它表明了宇宙其他地方生命的优越条件。

幸运的是,借助即将推出的工具,例如美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜,卢维亚太空天文台和欧洲航天局的太空望远镜,我们将能够测试新论文中提出的一些想法。

BY: George Dvorsky

FY: 小蜜蜂

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