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导语：大气层可能在行星的黑暗面坍塌
围绕 M 矮星（一种红矮星）运行的岩石系外行星可能会被潮汐锁定并可能失去大气层 。
当科学家在宇宙中寻找可能适合居住的行星或外星生命时 ， 他们会寻找类地行星 。 许多岩石行星 ， 可能类似于地球 ， 围绕 M 矮星运行 ， M 矮星是一种比我们的太阳更小的恒星 。 这些系外行星似乎是寻找外星生命的好机会 ， 但由于 M 矮星体积小 ， 行星的轨道靠近恒星并且可能被潮汐锁定 。 这可能会导致行星的大气层完全坍塌 ， 使它们无法居住 。
在这一点上 ， 芝加哥大学的研究生丹尼尔科尔说 ， 没有人知道潮汐锁定的系外行星是否适合居住 。 为了尝试回答这个问题 ， 科尔研究了潮汐锁定行星上大气的行为方式以及哪些条件可以防止大气坍塌 。
潮汐锁定行星的大气如何表现有两种选择：大气塌陷或全球大气环流 。
“总的来说 ， 我们并不真正了解大气物理学 ， ”科尔在加利福尼亚州旧金山举行的地球物理会议期间的海报展示中说 。 事实上 ， 我们并不完全了解我们自己的大气物理学星球 ， 他说 。 因此 ， 他的工作不仅可以帮助科学家了解他们可以在哪里寻找生命 ， 还可以帮助他们了解我们自己星球的大气动力学 。
其他研究人员已经为这些类型的潮汐锁定的系外行星运行了一般环流模型 ， 人们用它来模拟我们自己不断变化的气候 。 科尔所做的是根据可能发生的各种基本物理条件设计模型 ， 并查看哪些与这些循环模型最匹配 。 科尔说 ， 潮汐锁定行星的大气如何表现存在两种选择：大气塌陷或全球大气环流 。
整个大气崩溃
【大气层可能在行星的黑暗面坍塌】第一种选择是大气层完全坍塌 。 潮汐锁定的行星总是以同一侧朝向它们的恒星 ， 就像月球的一侧总是面向地球一样 ， 因为强大的引力梯度导致行星的轨道和自转周期同步 。 科尔说 ， 被锁住的行星的夜晚会变得非常寒冷——温度可以低至 30 开尔文 。
科尔说 ， 低温低于大气的凝结点 。 当这种情况发生时 ， 大气会冻结并在地球表面形成冰或氮冰川 ， 不会留下气态大气 。 但是这个星球并不仅仅是因为它的一半缺乏大气层而安定下来 。 当气体从白天移动到夜晚时 ， 大气试图达到压力平衡 ， 只是再次冻结 。 这个过程将一遍又一遍地重复 ， 直到地球两侧都没有大气层 。
全球循环可以保持大气科尔研究的潮汐锁定大气层的另一种选择是 ， 该行星可以有效地将其大气层重新分配到其夜面而不会凝结 。 为了了解控制这些大气的物理特性 ， 科尔在他的模型中构建了不同的属性 。
第一个很简单：夜间不是一个统一的温度 。 这种不均匀性使他的模型的结果更接近大气环流模型的线 ， 但还不够接近 。 接下来 ， 他将该系统视为一种热机 ， 其工作方式类似于飓风在地球上的运行方式 。 白天的大气升温并移动到夜晚 ， 随着行星和大气向太空辐射的热量多于进入的热量 ， 它在那里冷却下来 。
当冷却的大气下沉到更接近行星表面时 ， 其运动波会减慢并失去能量 。 失去的能量以热量的形式出现 ， 然后再次使大气变暖 ， 因此它可以回到白天 。 这种类型的全球环流将保留行星的大气层 ， 因为它永远不会冷到足以凝结出来 。 当科尔绘制他对这种行为的建模时 ， 它与全球环流模型基线完全一致 。
接近全球流通模型是一项了不起的壮举 。
“大气中更多的温室气体使大气更容易将热量转移到夜间 ， ”科尔说 。 结果 ， 具有厚大气层的行星可以更好地循环和保留它们的大气层 。
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