科学家发现沙漠行星比海洋行星适宜生命存在

2016-08-19 10:22 作者:admin 来源:网络

在地球上差不多只要有水的地方,就会有生命。科学家依据这一寻找生命的方法在宇宙中搜寻外星生命迹象,他们主要聚焦观测表面有大量液态水的“浅绿色行星”。

“浅绿色行星”通常是指覆盖海洋的类地岩石行星(比如:地球),或者完全覆盖数百公里厚冰层或者液态水的“海洋行星”(比如:木星冰冷的卫星木卫三)。为了实现可居住性,浅绿色行星必须环绕其恒星的“适居带”,这一太空区域既不炎热也不寒冷,如果该行星过于远离恒星,它们将冷冻。如果它们过于接近恒星,将在大气层中产生蒸汽流,吸引热量蒸发更多的水份,导致一种失控的温室效应,可煮沸行星表面的所有海洋,其情景如同金星表面。最终,像这样的行星将非常炽热,迫使水蒸汽上升至大气层的高度,在紫外光线作用下分离成氧和氢。之后氢逃逸进入太空,氧很可能与炽热行星表面发生反应进入到地幔之中,随着时间的推移,这颗行星大气层将损失所有的水份。

美国宇航局艾姆斯研究中心行星学家凯文-扎恩勒(Kevin Zahnle)称,科幻小说《沙丘》中的沙漠行星不像浅绿色行星那样表面拥有大量水资源,这样的行星表面没有海洋,却拥有广袤的干旱沙漠,可能零星分布着绿洲。在《沙丘》中一颗叫做“阿拉基斯”的沙漠行星,被描述为是可以孕育生命的陆地行星。

阿拉基斯行星是一颗较大、较温度的行星,与火星有点儿相近,拥有可吸入氧气的大气层,极地区域寒冷潮湿,可形成较小的冰盖和朝露。
 

“陆地行星”模型

科学家推断称,缺乏水资源的陆地行星实际上更可能实现在恒星周围形成一个较大的孕育生命区域,这里有几个因素在内,首先,陆地行星拥有较少水资源,无法转化大量的雪和冰,它们能反射阳光进入太空。同时,它可以吸收更多的热量更好地抵御全球冰冻现象,扩大适宜居住区域的寒冷外部极限。此外,陆地行星干燥大气层中缺乏水份将比浅绿色行星吸收更少的热量,有助避免出现失控温室效应,并扩大行星适宜区域内部、炽热边缘。大气层中水份越少,紫外线分解形成的氢和氧就越少。

日本东京大学研究员阿部丰(Yutaka Abe)和研究同事进行了类地行星三维简单全球气候模型实验,为了模拟陆地行星,他们设置了自转速率、大气压力和未变化的二氧化碳指数,但在模型中移除了海洋和植物,从而使地下水资源锁定在地表以下。科学家发现沙漠行星的适宜居住区域面积是浅绿色行星的3倍。

研究小组指出,拥有海洋的浅绿色行星并不是唯一类地宜居行星模型,最适宜生命居住的行星是首选行星是沙漠行星,而不是那些浅绿色行星。目前,这项研究报告发表在《天体物理学杂志》上。
 

处于宜居地带的沙漠行星

当分析这些行星的寒冷外部极限时,阿部丰和研究同事发现当地球接收阳光下降至72-90%时,浅绿色行星将完全冷冻,这取决于行星旋转轴朝向恒星的倾斜度。这种情况下,沙漠行星比浅绿色行星具有更好的全球冰冻抵御性,当接收光线下降至58-77%时才完全冰冻。这意味着陆地行星可远离恒星,却仍具备孕育生命的可能性。

对于这些行星的炽热内部极限,研究人员估计液态水可稳定保存于浅绿色行星极地,这里是该行星最寒冷的区域,照射的阳光是现今地球接收阳光的135%。相比之下,液态水可稳定保存于沙漠行星极地情况下,照射的阳光是现今地球接收阳光的170%。这意味着当沙漠行星可近距离环绕恒星运行,且仍具备孕育生命的条件。

像这样的沙漠陆地行星非常接近科幻小说《沙丘》中描述的阿拉基思行星,扎恩勒说:“虽然我并不知道这部小说中阿拉基恩行星上生存的沙虫是怎样的,但是沙漠行星的赤道区域过于炽热无法适宜生存,而极地区域的生存条件更适宜一些。我真实地认为极地区域是最佳生存区域,这里可能有更广阔的水域,甚至还有小溪流和湖泊。”

美国宾夕法尼亚州大学行星科学家吉姆-卡斯汀(Jim Kasting)称,这是一项非常有意义的研究。然而卡斯汀仍不确定这项发现将真实地帮助发现新适宜居住行星,无论它是沙漠行星还是浅绿色行星。

卡斯汀说:“基于我们的认知标准,为了揭晓是否哪颗行星适宜居住,它们需要具备水存在的迹象,目前我们通过望远镜尚不清楚是否能探测到沙漠行星上有足够的水资源。因此我并不认为它将改变我们在遥远太空寻找地外文明的策略。”

扎恩勒持不同意见,他说:“我们不可能探测到这些行星存在水的迹象,但或许能探测到氧气的存在。同时,我们在其它地外星球上发现许多存在水资源的情况,但这并不能作为该星球具有适宜居住性的判断依据。”
 

发现第一颗适宜居住行星

如果是这样的话,由于沙漠陆地行星比浅绿色行星更接近于主恒星运行,且具有适宜居住条件,扎恩勒认为,发现适宜居住的沙漠行星要早于适宜居住的浅绿色行星。前者更接近恒星运行,它拥有运行速度更快的轨道,途经恒星前方使恒星光线变暗的概率较大,这更加便于我们通过望远镜进行探测。

同时,卡斯汀并不确定少量水能稳定存在于行星表面。他猜测沙漠行星上的少量水资源将被岩石吸收,或者被吸入地幔之中。扎恩勒同意卡斯汀的观点并强调指出,我们并不是要寻找永久性适宜生命居住的星球,只需要满足生命体能够长时间存活即可。没有行星能够永久性适宜生存,甚至包括地球在内。

未来有一天,地球将变成一个沙漠世界。伴随着太阳的衰老,地球每隔10亿年亮度就会增加9%,太阳辐射会分解水成为氢气和氧气,将最终耗尽地球上的液态水资源。然而,研究人员计算地球在太阳步入衰老期的数十亿年里仍可能保持适宜居住性,地球能够避免失控温室效应现象,在太阳死亡之前可能仅损失三分之一的海洋。

目前令科学家关注的一个问题是金星曾经是否是一颗适宜居住的沙漠陆地行星?金星是太阳系内最火热的行星,或许曾经的环境状况能够孕育生命。扎恩勒称,假设金星曾经拥有液态海洋,研究人员推算称很可能金星远古历史时期曾有干燥且适宜生命居住的环境条件。

扎恩勒强调,在10亿年前金星的确具有持续性适宜居住的陆地环境,那时金星热带区域非常火热,但在极地区域温度较低且湿润,类似于地球的环境条件,并没有大量的二氧化碳。未来的研究将精确地证实金星曾经是否具有适宜居住性。