新浪科技|我们之前对行星宜居条件的猜测也许并不正确
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图1/1
图为可能宜居的系外行星比邻星b ， 围绕红矮星比邻星旋转 。
新浪科技讯 北京时间1月25日 ， 据国外媒体报道 ， 在电影《星球大战：帝国反击战》中 ， 有一颗被冰雪覆盖的星球 ， 名叫霍斯 。 虽然在电影中 ， 这颗行星上勉强生活着一些生物 。 但在现实中 ， 那里的生存条件一定非常糟糕 ， 并不适合生命居住 ， 因为所有的水都已冻结成冰 。 随着系外行星、特别是类地行星的探索不断开展 ， 有个问题也许值得一问：这些冰封的行星有多普遍？生命能否在这些行星上存活？
和其它很多问题一样 ， 答案是“看情况” 。 根据一支国际天体物理学家开展的最新模拟研究 ， 行星上的水量会在很大程度上影响其变成一颗“冰球”的可能性 。 对于像地球这样的行星 ， 只要阳光减少8% ， 就会被彻底冻结 。 但比较干燥的星球就“坚挺”得多 ， 可以进一步拓宽宜居星球的极限 ， 增加我们发现外星生命的可能性 。
我们并不清楚像地球这样的行星有多普遍 ， 尤其是地表水占比与地球类似的行星 。 也许还要过几十年、再开展大量系外行星搜寻工作 ， 我们才能得到确切的答案 。 不过在此之前 ， 我们可以利用计算机模拟来分析各类行星的行为和演变方式 。
但行星何其复杂 。 行星上的温度也取决于多种因素 。 显然 ， 行星接收的光照量非常重要 ， 但行星的反射度也会造成很大影响 ， 因为如果光辐射到达行星表面后、直接反弹回到了太空中 ， 对地表升温将起不到任何帮助 。 所以大气中的水分含量也很重要 ， 因为水蒸气可以产生温室效应 ， 对地表升温造成显著影响 。
以表面陆地居多、液态水较少的行星为例 。 如果将一颗与地球大小完全相同的陆地行星放在地球轨道上 ， 这颗行星将比地球冷得多 ， 因为大气中水蒸气更少、温室效应也更弱 。
但在光照量较低的情况下 ， 陆地行星反而会变得比较温暖 ， 因为其表面云层和雪地较少 ， 反射率较低 ， 因此对阳光的利用率更高 。
从地球到霍斯
一支国际天文学家团队对上述思维过程做了极端的推演 ， 研究在光照量改变的情况下、陆地行星的演变过程 。 结果毫不意外：如果行星温度下降得太多 ， 就会冻结成冰 。 但他们还发现 ， 与含水量较高的类地行星相比 ， 陆地行星“负隅顽抗”的时间要长得多 。
问题主要在于水：当行星温度稍微下降时 ， 部分液态水会结冰 。 由于冰的反射度比水高得多 ， 多出来的这一点冰就可以反射多一点阳光 ， 阻碍阳光到达地表、使行星升温 。 这样一来 ， 行星的温度又会下降一些 ， 形成更多的冰 ， 反射度也进一步增加 。 这一过程不断重复 ， 最终将朝着失控温室效应的反方向发展下去 ， 形成“失控冰川效应” ， 行星就这样变成了一颗巨大的“雪球” 。
此前的研究工作显示 ， 就地球而言 ， 假如我们维持现有的大气二氧化碳浓度 ， 即使接收的阳光量仅下降8% ， 也足以激活上述灾难循环 。 事实上 ， 地球历史上也许已经发生过一两次类似现象了 。
但陆地行星能坚持的时间更久 ， 主要是因为含水量较少 ， 大部分地表都没有被水覆盖 。 研究人员在模拟中发现 ， 在一颗二氧化碳浓度与地球相同的陆地行星上 ， 即使光照量只有地球的77% ， 也不会完全结冰 。
宜居的边界
这一逻辑反过来也同样适用 。 水蒸气是一种关键的温室气体 ， 因此如果太阳热量增加 ， 像地球这样的行星就会演变成金星那样的“炼狱” 。 首先 ， 行星温度会不断升高 ， 将更多的水释放到大气中 ， 导致更多热量被困在地表 ， 致使地表温度进一步升高 ， 产生更多水蒸气……失控的温室效应就此产生 。 这其实正是地球的宿命 ， 再过几亿年 ， 太阳的亮度和热度都将急剧增加 ， 为上述场景打响“发令枪” 。
【新浪科技|我们之前对行星宜居条件的猜测也许并不正确】由于陆地行星所含的水分比地球少得多 ， 大气中的水蒸气含量也较少 。 就算温度升高 ， 也不会造成太大变化 。 此次模拟研究发现 ， 就算附近的恒星热量比太阳高80% ， 陆地行星也不会陷入水深火热的境地 。
这些模拟结果在很大程度上改变了我们对行星宜居条件的猜想 。 恒星周围的宜居带是指 ， 在此区域内的行星表面可以存在液态水 ， 不会因为太冷而结冰、也不会因为太热而蒸发 。 但此前对宜居带的猜测均以类地行星为基础 ， 即行星表面的水含量与地球类似 。 但此次研究显示 ， 陆地行星比地球“顽强”得多 。 与之前计算的宜居带范围相比 ， 无论离恒星更近还是更远 ， 陆地行星上都有可能存在液态水 。 这意味着 ， 如果我们找到了一颗与地球大小类似的行星 ， 即使它位于传统概念的宜居带之外 ， 我们也不能排除其宜居的可能性 。 （叶子）
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