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太阳系和Gliese 581星系的各行星相对位置

非洲的沙漠

  北京时间9月5日消息,正如弗兰克·赫尔伯特(Frank Herbert)出版的经典科幻小说《沙丘》中描述的那样,科学家们研究认为那种沙丘遍布的行星可能将是星系中最有希望存在生命的地方,而不是像地球这样拥有丰富水体的星球。

  而这还不是此项研究中最出乎意料的结论。该项研究中还同时指出,有太阳系高温地狱之称的金星可能仅仅在大约10亿年前还是一个非常宜居的沙漠星球,而现在那里的地表温度高达460摄氏度,连铅都会熔化。

  追寻水的足迹

  在地球上,只要有水的地方就有生命。因此我们之前在宇宙中搜寻可能存在的其它生命时也正是以此为基准,即寻找水的踪迹,寻找拥有表面液态水体的行星。

  我们目标中的候选行星应当是和地球那样,拥有广阔的海洋甚至就是个“海洋星球”,即全球完全被一个连续的,深达数百公里海洋的浸没的世界,或者形象的说,很像是木卫三地表的冰层完全融化之后的样子。

  为了达到宜居状态,这颗星球必须运行在所谓的“宜居带”之中,即它距离其中央恒星的距离必须适中,不太远也不太近,因此它的地表温度也才能保持适当范围,不太热也不太冷,从而允许水以液态形式存在。太远了水会冻结,就像太阳系中的火星;太近了水会蒸发,就像太阳系中的金星。

  在太近的距离上,行星表面的温度会急剧上升,水汽不断蒸发升入高空,在那里被恒星紫外线击碎,分离为氢和氧。随后氢气向太空逃逸,而氧则会和呈熔融状态的地表物质发生反应,溶入地幔层。随着时间的推移,行星大气中的水汽几乎会完全丧失。

  和这种“水”星球不同,科学家们设想了“沙漠”星球。这些星球的表面遍布沙漠,但是零星存在一些绿洲。如《沙丘》一书中描述的行星“Arrakis”,就是一颗发育良好的宜居星球。

  Arrakis 事实上就是一颗“改良版”的火星,只是它更大,更温暖,并且有稀疏的生命分布。另外它的表面有可供呼吸的氧气,极地地区温度较火星要高一些,分布有小规模的水冰极冠,清晨还会出现露珠。

  对陆地行星的模拟

  科学家们认为,像这样仅拥有少量水分布的特点反而可以帮助这样的行星拥有更大的宜居带范围。之所以这样认为,有几点原因,首先这样的星球上可以变为冰雪的水量较少,而白色的冰雪会反射太阳光。因此,更少的冰雪覆盖意味着颜色较深的岩土地表可以吸收更多的太阳热量,以防止全球冰冻的发生,从而使宜居带的范围向外侧扩展。

  除此之外,其缺水的大气也使其不能像富水行星的大气层那样蓄积大量的热量,从而避免了发生严重温室效应的可能性,这也就向内侧扩展了宜居带的范围。并且,大气层中水量的缺乏也缓解了大量水汽上升至高层大气并被紫外线打碎散逸进入太空的风险。

  日本东京大学科学家阿部丰,美国宇航局埃姆斯研究中心的凯文·扎尼(Kevin Zahnle)和同事们采用多种和地球大小相当的类地行星全球气候模型进行了测试。在他们对“沙漠型”行星的测试中,他们让地球的自转速率,大气压和二氧化碳含量保持不变,但移除了海洋和植被覆盖,但保留了地下水的存在。

  这样的结果是他们发现相比“水行星”,“沙漠行星”的宜居带范围要比前者大上三倍。在发表在《天体生物学》杂志上的一篇文章中,研究者们写道:“暗淡蓝点并非是和地球类似的行星的唯一模型,第一种出现的宜居行星可能是一颗陆地行星,而非海洋行星。”

  宜居带中的沙漠星球

  在分析行星分布的宜居带范围外缘究竟在何处时,阿部和同事们计算出一颗类似地球的“水行星”,只要其接收到的太阳光强度降低到目前强度的72~90%,就会发生完全冰封的情形。当然除此之外还要考虑这颗行星的自转轴倾角大小。

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channelId 1 1 外星人或存在 陆地行星更易发现外星生命 1 正如弗兰克·赫尔伯特(Frank Herbert)出版的经典科幻小说《沙丘》中描述的那样,科学家们研究认为那种沙丘遍布的行星可能将是星系中最有希望存在生命的地方,而不是像地球这样拥有丰富水体的星球