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天體生物學家說,這24顆行星可能比地球更適合居住


2021年3月22日 -  
 

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天體生物學家已經確認了24顆系外行星,它們不僅具有潛在的可居住性,而且還具有潛在的超適居性,表現出一系列比地球上所見更適合生命的條件。

藝術家描述了一顆宜居的系外行星

圖片來源:美國宇航局 艾姆斯/ 尋找外星智慧生命研究所/加州理工學院噴氣推進實驗室

如今,有環保意識的人們當中,有種說法是沒有行星B,但是《天文生物學》發表的一篇新論文卻暗示了存在行星B。華盛頓州立大學的德克·舒爾茲·馬庫奇領導的研究小組確認了24個系外行星,它們可能提供比地球更宜居的條件,從而使其“超適居”。可悲的是,所有系外行星離我們有100光年之遠,想要擺脫“行星秀”的人們,現在還不是時候打包行李。

要明確一點,這並不意味著這些星球上存在生命,只是說這些星球可能宜居,或者只在這種情況下“超適居”。

雷內·海勒是馬克斯·普朗克太陽能系統研究所的天體生物學家,他也是這項新研究的合著者,他在2014年寫過一篇類似的論文。海勒與韋伯州立大學的約翰·阿姆斯特朗合著,他們爭論是否存在“超適居”星球,天文學家應一直尋找這類假想天體。作者列出了一些移居要求,以及一個候選星球。這項新研究將該想法擴展開來,提出了一套更完善的超適居標准,並列出了24個候選系外行星。

若系外行星更適宜居住,它們要比地球更古老、更大、更重、更溫暖以及更潮濕,系外行星的理想位置在比地球壽命更長的恒星周圍。所以根據這項新研究,地球和太陽都沒有系外行星適合宜居。

的確,我們認為太陽創造了極好的生存環境,但它的壽命相對較短,只有100億年。考慮到地球上出現複雜生命需要40億年,可想而知,許多像太陽這樣的恒星(稱為G恒星),在產生複雜生命之前就已經死亡。因此,作者說我們應該尋找系外行星,它們位於K矮星液態水友好宜居帶內,這些矮行星比G恒星更涼、更小、亮度更低,它們可以發光200億至700億年。或許你想知道為什麼不包括紅矮星?

因為此類恒星似乎對生命極不友善,它們極頻繁地導致太陽爆發。

正如新研究所言,年齡稍大於地球的行星有可能更宜居。行星變老時,作者寫道,“內部產生的熱量耗盡可能會導致最終的冷卻,對全球溫度和大氣成分產生影響”。地球有45億年的歷史,但從概率的角度看,年齡在50億至80億年之間的行星可能更宜居。

超適居的行星比地球更大、更重,質量大約是地球的1.5倍,體積大概比地球大10%。這樣的行星將有更宜居的地表,但這只存在符合另一重要條件時才成立,那就是:有足夠的板塊構造才能形成像大陸一樣的大型陸地。作者認為,超宜居行星還應有大量的水以及群島。稍重一點的行星意味著更強的引力,這有助於長時間保持大氣層。重要的是,這些行星還應有強大的地磁防護罩。

研究人員稱,有關宜居行星大氣的問題,超適居行星應有充足的水分、雲層和濕度,氧含量應在25%到30%之間(地球的大氣由21%的氧氣組成)。宜居行星也應是溫暖的,其平均表面溫度要比地球高8華氏度(5攝氏度)(至少在今天是這樣,稍後再詳細介紹)。這裏的想法是,加上額外的水分,這些行星將有廣闊的熱帶地區,較少的寒冷和乾燥地區。

像地球一樣,超適居行星也應有適度距離的大型衛星。月球除了會造成海洋潮汐外,還會減慢地球的自轉速度(如果沒有月球,白晝會短得多),它還會使地球軸傾斜度隨時間推移而保持穩定,從而形成固定的季節。

有了這些標准後,科學家們對已知的4,500顆系外行星進行了研究,來了解究竟有多少可能有超適居性的行星。其中有24顆行星脫穎而出,但沒有一顆行星符合所有列出的超居住性標准。一顆名為KOI 5715.01的系外行星具有列出的三個標准,是所有系外行星中符合標准條數最多的。需要明確的是,目前許多標准超出了我們的檢測能力,例如大氣中的氧氣、板塊構造、地磁和自然衛星。而且,只有開普勒1126 b和開普勒69c這兩顆行星,是經過科學驗證的行星,其餘的行星都在未經確認的“開普勒興趣物體”清單中。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學行星宜居性實驗室主任阿貝爾·門德斯,在一封電子郵件中寫道,新論文“為超宜居行星眾多潛在場景之一提供了良好的理論背景。”他沒有參與該項新研究,他說,“前尚無法在當前系外行星數據庫中識別出此類行星,因為我們了解的信息很少。”盡管如此,作者還是發現了一些(但不是全部)的必要特征。

我們還要考慮其他的限制。鑒於地球是唯一已知的宜居性星球,因此作者自然偏向於類地條件。命可能會在未知條件下繁衍,請務必牢記這一點。也就是說,作者確實考慮了繞K矮星軌道上的行星,公平地說,這遠遠超出了我們的範式。

新論文說,超適居行星應該比地球更大、更重,但其他研究表明,這些行星大多是水的世界,也就是說,系外行星完全被海洋覆蓋。這顯然不利於生態多樣性,並且嚴重限制了宜居性。這並不一定是問題的關鍵,但它確實表明,超適居行星存在的話,是極為罕見的。

考慮到人為引起的地球氣候變化造成的種種問題,作者還將溫暖的氣溫列為標准,這是一個相當敏感的話題。但正如舒爾茨·馬庫奇在電子郵件中解釋的那樣,我們不應混淆這兩件截然不同的事物。

他解釋道:“對現在的地球而言,全球變暖將是一件非常糟糕的事情,因為我們已經建立了生物圈和大氣環流模式,而溫度變化會導致極端天氣,這會給生物圈帶來很大壓力,從而導致物種滅絕。此外,這將使海平面上升,減少陸地面積和沿海地區,剝奪寶貴的棲息地,並給生物圈的許多地方帶來更大的壓力。”

但與此同時,要是我們從另一個星球出發,最好是一個更大的星球,“那麼溫度會更高,水分含量會高於地球,這可能會非常有益,” 舒爾茨·馬庫奇說。他說,目前熱帶雨林的多樣性和石炭紀時期就是例證,當時地球上生物量和生物多樣性都很豐富。但如果沒有必要的水分,我們“將只有像阿塔卡馬沙漠一樣溫暖,根本沒有多少生命。”

我們還不知道這些條件可能產生的連鎖反應。理論上聽起來不錯,但實際情況可能大不相同,因為這些環境特征綜合起來可能導致完全不適合生命生存的條件。盡管如此,這仍是一項令人振奮且具有爭議性的研究,因為它表明了宇宙其他地方生命的優越條件。

幸運的是,借助即將推出的工具,例如美國宇航局的詹姆斯韋伯太空望遠鏡,盧維亞太空天文台和歐洲航天局的太空望遠鏡,我們將能夠測試新論文中提出的一些想法。

BY: George Dvorsky

FY: 小蜜蜂

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