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作者:科学求知者
截至2019年10月1日,人类已经确认了4118颗系外行星。在这些系外行星里,有大量的行星位于宜居带,被人们认为是孕育系外生命的最佳候选者。
可是,即便各种“超级地球“被发现的新闻不断传出,尽管各种系外行星有可能存在液态水、氧气的报告被公布,科学家们对于宜居地球这个概念却始终非常谨慎。宜居带行星和宜居行星,究竟有哪些不同呢?
宜居带行星Vs宜居行星
首先,我们要知道,所谓的位于宜居带的行星,还分不同的种类。
如上图所示,4118颗已确认的系外行星中,有3496颗不在宜居带内。其余622颗又分为三类,其中,完全位于宜居带内的系外行星只有129颗,301颗只有一部分轨道在宜居带内,其余的192颗是大部分轨道在宜居带内。
这里分析的说所有行星,我们知道,根据目前的认知,生物是无法生存在木星这种气体行星上的。而那192颗行星中,又只有24颗是岩石行星。
那么,我们身处地球之上,如何判断几十上百光年以外的系外行星是岩石星球还是气体行星呢?这就和它们的尺寸有关了。
尺寸与表面的关系
根据太阳系的情况我们就可以看出来,像木星这么大或者更大的系外行星,显然都是气体行星。当然了,这也不是完全靠经验,实际观测时通过对系外巨行星半径和质量的测量也证实了这个猜测。
这种天体的状态是比较容易判断的,比较让科学家为难的,是略小的行星,也就是比地球大一点的行星。因为,在太阳系内,比地球再大的就是海王星了,其半径约为地球的4倍。因此,半径在1-4倍地球半径之间的行星到底是类地行星还是类海王星行星,目前还不得而知。
根据现在的理论,科学家认为,1.5倍地球半径是一个临界值。比这个尺寸更大的,就是类海王星行星;如果比它小,那就是类地行星。
同时,即使确定了尺寸,也不代表其表面就一定有和地球完全一样的表面。在太阳系,就有一个活生生的例子——金星。不论是半径还是质量,金星和地球都非常相似。但是,它的表面却非常恶劣,即使把金属铅放在那里,都会“刺啦”一下融化掉。
跳出宜居带
看到这里,你可能也像天文学家一样,有点悲观了:明明那么多宜居带行星,却被砍掉一大半。难道系外生命的孕育,真的就那么难吗?
其实也不是。虽然很多宜居带行星未必是宜居行星,但是宜居行星也未必就在宜居带啊!
还是以太阳系为例,科学家已经在地球之外发现了许多有希望适合地球生物存在的星球,虽然月球和火星是位于宜居带,但还有很多星球并不在通常所说的宜居带内,比如木卫二和土卫六。
这两颗天体,甚至宜居性都超过了火星和月球。尽管它们都位于数亿公里以外,表面温度可能不足-100摄氏度。但是它们都被认为有液态环境,比如木卫二的地下可能有一个厚度达到100公里的液态海洋,土卫六表面也很有可能存在大量液态烷烃海洋或湖泊。
既然是液态海洋,证明温度还算适合。其中,木卫二的温度来自于木星的潮汐力,所以地下水能够达到0摄氏度以上;而土卫六表面的液态烷烃海洋虽然温度极低,但是有可能孕育和我们完全不一样的生命形式。
到底什么名字更合适?
出于对现有名称的失望,天文学家已经在认真考虑:是否要给有可能孕育生命的天体所处的位置起一个新的名字,并且提出了温带、液态水区、狩猎区(寓意狩猎生命迹象的天体区域)和生态圈等等,甚至有人自创了一个词:"ECHaLWOTS区"(Earth Could Have Liquid Water On The Surface,译作表面有液态水的行星)。
同时,也有天文学家想起了一个尘封了许久的名字——戈尔德洛克区。戈尔德洛克区的含义其实就是可居住区,名字来自于一个外国童话。最早在1953年,就有人提出了这个概念。不过,就像现在所说的宜居带一样,戈尔德洛克区的局限性也在系外行星的不断发现过程中暴露出来,因此越来越少地被人们所提及。
因此,一些天体生物学家正在尝试设计类似于宜居性指数的东西,也就是对各个对生命有影响的因素进行加权计算,得到一个综合的数字。大概类似于高考时不同科目分数不同,最终以总分来排名,只不过对于这个宜居性指数,计算公式要复杂得多。而且,这些因素还要有不同的限制,即使你高考时化学不及格,但其他成绩很优秀,也能上个不错的大学,但是如果温度极低,那么综合指数再高,这颗行星也无法孕育生命。
波多黎各阿雷西博大学的天体生物学家阿贝尔-门德斯(Abel Méndez)从生态学中获得了灵感,提出宜居性指数中最需要重点考量的5个因素分别是:行星接受到宿主恒星光照的量、行星的半径、行星的反射率、表面被海洋覆盖的比例和大气密度。在这5个因素里,除了前两条,其余都不太可能在地球上观测到。
很多天文学家认为门德斯纯属扯淡,因为影响生命存在的因素远比这个要多,比如熔融的地核、板块构造、行星磁场、地质活动等等。而且,这些全都无法在地球上观测到。
"哈佛大学天文学家Charbonneau怼道:“你可以列一个很长的表格,反正我们又测不了,这个表格再长也没什么卵用。”
没错,说真的,如果我们的科技已经发展到可以观测到这些数据,恐怕这样科技已经足以让我们直接判断那颗行星上是否有生命了。
直奔主题
因此,很多天文学家提议:别去考虑什么所谓的宜居带了,不如我们直奔主题,直接寻找系外生命的痕迹吧!
这么做是有道理的,毕竟生命的出现带有偶然性。也就是说,即使条件都满足了,也未必就会出现生命。与其把时间花在寻找有可能孕育生命的线索上,不如去找那些确定有生命的行星。因为,生命本身也会带来一些蛛丝马迹,让人类发现。
值得期待的是,NASA正在评估两个新的任务。这两个新任务都将打造专门寻找系外生命的观测设备,一个是Habitable Exoplanet Observatory(宜居系外行星观测器,HabEx),另一个是大型紫外/光学/近红外探测仪,绰号为LUVOIR。这两台仪器都可以分析系外行星的大气成分,只要系外生命存在,它们所排出的产物就会被这两个探测器检测到。
不过,科学家表示,即便我们想专注于直接寻找系外生命,宜居带的概念仍然不可忽略,因为行星和恒星的距离决定了我们需要打造什么样的探测器。
另外,我们会发现,这些项目所要寻找的,都是和人类比较相似的系外生命,也就是碳基生命。科学家也在思考,宇宙中是否有硅基生命、氨基生命等生物形式。如果这种生物真的存在,恐怕我们现在的探测设备,都将和它们擦肩而过了……
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原文地址:今日头条 ,无意在网上看到这篇文章,深有同感。所以分享。 |
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