迷你海王星变身宜居行星

2015-10-24 10:57 作者:admin 来源:

据科学日报报道,两个据称会影响行星潜在可居住性的现象——潮汐引力和激烈的恒星运动——可能可以帮助环绕低质量恒星的某些行星上生命存活的几率,根据美国华盛顿大学的天文学家的发现。在发表在本月期刊《天体生物学》上的一篇文章里,华盛顿大学的博士研究生罗德里格•卢格(Rodrigo Luger)和研究合作作者、研究助理教授洛里•巴恩斯(Rory Barnes)表示,结合这两种力可以将无法居住的“迷你海王星”——拥有固态核心和厚厚的氢大气层的外轨道巨大行星——转变为近轨道、无气体、潜在可居住的世界。

比太阳更小更昏暗且的恒星周围可能存在宜居的超级地球

银河系里大多数恒星都是低质量恒星,也被称为M矮恒星。比太阳更小更昏暗且具有更近的宜居带,这些恒星成为寻找和研究潜在可居住行星的目标。天文学家期待在不久的将来在这些恒星的可居住区发现更多类似地球和“超级地球”的行星,因此了解它们是否支持生命的存在非常重要。

超级地球是质量比地球大、但又比气体巨星,例如海王星和天王星小的行星。恒星的可居住区(又称宜居带)是环绕恒星的一片区域,它使得环绕的岩石行星表面有液态水的存在,从而潜在的支持生命的存在。

“地球上有很多过程可能可以忽略,但它们却会影响M矮恒星行星的可居住性。” 卢格说道。“两个重要的因素就是强烈的潮汐引力和猛烈的恒星活动。”潮汐引力是指恒星对环绕行星的拖拽作用,在行星的近日面,也就是面朝宿主恒星的一面潮汐引力将较强,而在远日面则较弱,因为引力会随着距离的增加而减小。这一拖拽作用可能会将行星拉伸成椭圆或者类似鸡蛋的形状,并潜在的导致行星朝恒星靠近。

“这就是地球上有海洋潮汐的原因,因为月球和太阳的潮汐引力拖拽着海洋,从而创造(海洋)高潮时产生水面上升。” 卢格解释道。“幸运的是,在地球上只有海洋里的水被扭曲,且扭曲程度也就是几英尺的高度。但近轨道行星,例如位于M矮恒星可居住区的行星,则会经历更强烈的潮汐引力。”

这种拉伸作用会导致行星内部的摩擦,从而释放大量能量。这会推动表面火山活动,有的时候甚至可能加热行星至失控的温室状态,煮沸海洋,也扼杀了所有可居住性的可能性。

猛烈的恒星运动也会摧毁环绕低质量恒星的行星上生命存在的可能性。M矮恒星在年轻时非常明亮,能够释放大量高能量X射线和紫外线辐射,后者可以加热行星上层大气层、刮强风侵蚀整个大气层。在最新的文章里,卢格和巴恩斯显示这样的恒星活动可能在形成后的前几百万年就导致行星整个表面的水全部消失。

“但事情不一定是听上去这么阴暗,” 卢格解释道。利用计算机模型,研究合作者发现潮汐引力和大气逃逸有时候可以将迷你海王星塑造成无气体、潜在可居住的世界。那么这样的转变是如何发生的呢?

迷你海王星一般形成于距离宿主恒星非常遥远的位置,冰分子与氢和氦气体大量结合从而形成冰/岩石核心,外面包裹着巨大的气体大气层。“它们最初是寒冷的不可居住的星球,” 卢格说道。“但是行星并非总停留在远处,潮汐引力,以及其它的过程诱发了行星朝内移动。”这个过程可能导致迷你海王星进入宿主恒星的可居住区,在那里它们暴露在更高的X射线和紫外线辐射下。

这会导致大气层大气快速流失至太空,有时候会留下一个位于可居住区的无氢岩石世界。研究合作者将这样的行星称为“可居住的蒸发核心”。“这样的行星很可能拥有大量表面水,因为它的核心富含水冰。” 卢格表示。“一旦位于可居住区,冰就会融化形成海洋,”潜在的或可能导致生命的出现。

卢格和巴恩斯表示这样的行星要变得宜居,还需要满足很多其它的条件。其中之一就是合适的大气层,从而实现全球营养物质的创造和循环。另一个就是时机。如果在行星形成过程中,氢和氦的丢失太少,那么厚重的气体外衣将导致岩石陆地行星无法形成。如果行星丢失氢的速率过快,那么就会产生逃逸的温室状态,所有的水都会丢失至太空。

“底线就是这个过程——将迷你海王星转变为类似地球的世界——应该是环绕M矮恒星的可居住行星的形成的一个通道。” 卢格解释道。那么它们是否真的会变得宜居?这还有待未来的研究。“无论怎样,这些蒸发核心很可能已经位于恒星的可居住区,很多在未来有待发现。”