没有大气层且潮汐锁定的系外行星,对生命而言意味着什么?

没有大气层且潮汐锁定的系外行星,对生命而言意味着什么?
2019年08月26日 01:10 新浪网 作者 古道小文化

作者:石兰(抄袭必究)

为了寻找到除地球以外同样适合生命居住的星球,科学家们不曾间断对地外行星、乃至系外行星的探索。在这个过程中,我们不仅了解到更多星体的组成和生命信息,在宇宙学的认知录上添加了重要内容,也对恒星和行星本身的演化有了更清晰的轮廓。系外行星和我们太阳系内的行星具有某些方面的共性,这些天体总是具有多样性和复杂性,每一颗都是独立存在的不同个体。比如,系外行星LHS 3844b这颗没有大气层、并被潮汐锁定的系外行星,其围绕运行的M矮星和类太阳恒星有所不同,对生命而言这会是一个怎样的世界?

没有大气层且潮汐锁定的系外行星,对生命而言意味着什么?

没有大气层的系外行星被发现

于2018年由NASA得TESS(过境系外行星卫星调查)任务所发现的系外行星LHS 3844b,科学家们在经过斯皮策太空望远镜的数据分析之后得出,该行星是迄今为止观察到的第一颗没有大气层的系外世界。其表面可能主要覆盖在黑暗的熔岩之中,与月球的岩石表面类似,正如一块没有大气层的裸露岩石一般,而围绕轨道运行的小恒星,也因此而更容易缺乏气氛。科学家们将那些半径比太阳小60%左右的恒星定义为较小的恒星,而当行星围绕这样的恒星运行时便会缺乏大量的气氛,这可能是因为受到了其矮星的辐射影响。为了揭示系外行星LHS 3844b是怎样一个世界,研究人员通过其表面的光线来测试其大气层,这个观察时间持续了100小时,以探索其是否具有维持生命的能力。对于存在大气层的行星而言,白日里的热空气会发生自然膨胀,然后通过风在星球周围传递热量,但LHS 3844的“冷侧”和“热侧”却并没有明显的温度差异,并且,行星表面被黑色熔岩覆盖,被称为母马,由此说明这是一个几乎没有气氛的岩石世界,并没有可供热量传递的空气。在此之前,科学家们已经收集到了较多关于拥有大气层的行星,如何围绕M矮星运行的相关理论,虽然目前还没有达到直接凭经验就足以对其进行研究的程度。

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M矮星和类太阳恒星有何不同

行星LHS 3844b的半径大约是我们地球的1.3倍左右、相距大约48.6光年,围绕着一种被称为M矮星的小型冷却恒星运行。这也是银河系中较为常见、且寿命最长的恒星,在行星的总数量中占有很大比例,而该行星围绕这颗主星完成一次轨道运行,却只需要11个小时的时间。这说明了LHS 3844b很可能被潮汐锁定,因此才会出现行星的一侧总是永久的面向其主星,并且面向恒星的这一侧、又或者说是白天,其温度大约在770摄氏度左右,这样极度炎热的温度,会导致星球发出大量的红外线。

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科学家们通过检测地球和该恒星之间的行星轨道,观察到了恒星光线变暗的时间,然后检测到了来自该行星表面的光。M矮星和类太阳恒星相比,前者能够发出更高水平的紫外线,虽然它的整体光线比后者更少。特别是年轻时的M矮星,它们总是特别暴力,会散发大量的耀斑和辐射粒子,这些都可能导致行星的大气层被剥夺。对于寻找太阳系外可居住环境的科学家们而言,了解保护或破坏行星大气的因素都是尤为重要的一部分,正如地球之所以能够让生命蓬勃发展,就是因为其大气层允许液态水存在于地表。系外行星LHS 3844b上1到10个大气压的气氛几乎被完全排除在外,恒星强烈的物质流出和辐射都会消除大气层,尽管科学家们仍然希望,位于M矮星周围的其他行星可以在这样的条件下保持自己的气氛,毕竟太阳系中地球的行星都拥有很多不同的地方,或许系外行星系统也同样具有多样化。

没有旋转的行星对生命太苛刻

被潮汐锁定的行星具有明显的特征,主要取决于本身的质量及其与恒星之间的距离,该行星的一侧会永远面向自己的恒星,而另一侧则会被长期笼罩在黑暗之中,潮汐锁定对气候的影响可能是广泛而普遍的,对于行星表面生命的演变也带来了很大的威胁。对于围绕比太阳更小的M型恒星运行的行星而言,其潮汐锁定区域会跟理论上的可居住区域重叠,液态水有很大概率可以在该行星表面上保留。由于只有单个区域和恒星始终靠近,因此该区域会接收到更多的直射阳光,从而获取更多的热量,但这样的持续作用很可能影响风化,以至于大气的气候也随之被波及。

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这样的过程被科学家们称为增强的子星际风化不稳定性,即ESWI。星际点的风化会随着热量的流入而增加,风化会因为高温导致的强降雨而受到影响。简而言之,当下雨的情况发生得越多,受到的侵蚀也就越多,降雨就直接意味着大气层和岩石会发生反应去除更多成分。而这一切都发生在这个因为接近恒星而热量聚集的区域,当行星的一个点被强烈加热,这便足以改变、甚至是控制这个星球上的风化程度,从而导致了严重不稳定的气候变化,这些令人不得不关注的气候效应都可能会使行星中的潜在生命变得不适合居住。若要了解具体有多少行星的气氛是因为潮汐锁定而被破坏,我们首先需要做的是缩小范围,即考虑能被潮汐锁定的行星的存在频率。而对于M型恒星而言,科学家希望位于可居住区域以内的很多行星都能够被锁定,即使ESWI发生也必须在这些星球上满足某些条件。之所以如果我们的地球被潮汐锁定也不会有危险,是因为二氧化碳会被地球上的风化消耗,只是氮气会占据大气的大部分。在我们的地球上,空气中的二氧化碳会与硅酸钙反应,从而产生了碳酸钙和二氧化硅这两种物质,这便是从空气中去除二氧化碳,从而控制温室效应的整个过程。地球正是通过风化在不同时间尺度上的调节,我们的气候才得以保持在合理的区间供生命生存。

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