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最新研究表明:地球之外可能存在的宜居“水行星”世界,比我们想象的要丰富得多

据Vice报道,一项新的研究预测,在未来十年内将会发现一些充满宜居海水的 “水行星”。

这项研究表明,围绕小型恒星(被称为红矮星)运行的“温带海洋世界”可能比以前假设的要普遍得多,这提供了一个诱人的前景,即这些行星中的一些可能有外星生命。

David A. Aguilar (CfA), Public domain, via Wikimedia Commons

红矮星,也被称为M型矮星,与太阳这样的恒星相比,相对较冷,但涉及寻找外星生命方面它们是个热门话题。

我们银河系中的绝大多数恒星都是红矮星,它们无处不在,这促使科学家们努力研究它们潜在的可居住性。

多年来,研究人员一直在争论这些系统中的生命可能存在的优点和缺点,一些人认为,红矮星周围的行星最终拥有适当数量的水来支持外星人生存,这可能是罕见的。

现在,两个天文学家提出了一个更新的模型,估计大约5%-10%的质量低于地球1.3倍的红矮星 ,“有适当数量的海水可供居住”,根据周四发表在《自然-天文学》上的一项研究,这一发生率 “高到足以通过正在进行的和即将进行的M型矮行星调查任务,探测潜在的可居住行星”。

作者Tadahiro Kimura和Masahiro Ikoma说:“至少,可以说我们已经看到了寻找宜居行星的曙光,不像以前的理论预测那样,它们的存在是无望的。”这两位分别来自东京大学和高级研究研究生院(SOKENDAI)的天文学家,在给Motherboard的一封电子邮件中说。

他们还说:“然而,对于地球以外的行星的气候,我们仍有许多不了解的地方,因此,需要对行星的可居住性进行更多研究”。

通过这种方式,新模型提出了一个乐观的观点,即在这些系统的宜居区,即可能存在液态水的区域,在地球大小的行星上找到宜居条件,甚至可能有生命迹象。

NASA, ESA and G. Bacon (STScI), Public domain, via Wikimedia Commons

这种乐观的观点源于Kimura和Ikoma在更新的模型中写入的新参数,包括形成这些系统的原行星盘的演变变化,以及系外行星原始大气中的水富集过程。

这些新的约束条件在1万个不同的模拟中发挥了作用,对系外行星上液态水的生产、丰度和演化有影响。

这两位天文学家说:“在地球海洋的起源方面,长期以来一直在讨论向岩质行星输送水的问题。人们认为,充满水的小天体输送了地球的水。相比之下,我们希望对岩质行星如何获得水有一个更广泛的了解。”

“然后,我们注意到,氢(H2O的两种元素之一)是可以得到的,因为行星是在富含氢的星云中形成的。”他们继续说。

“我们还注意到,所有的岩石都含有氧气(即H2O的另一种元素)。因此,我们认为岩质行星获得水的最简单和最普遍的方式是,通过星云中的氢和岩石中的氧之间的反应化学地产生H2O。”

通过在他们的模型中考虑这些变量,研究人员表明,在特定条件下,围绕M型矮星运行的大约100个宜居区近地质量行星(HZ-NEMPs)中,最终可以有与地球海洋相当数量的水。

1%可能看起来并不多,但考虑到已经发现了数千颗围绕红矮星运行的行星,而且预计在未来几年内还会发现成千上万的行星,这是一个重要的数字。

这样一来,这项新研究暗示,许多围绕红矮星的可观测行星可能有类似于地球上的海洋,而我们星球上的生命最初就是在海洋中出现的。

NASA/JPL-Caltech, Public domain, via Wikimedia Commons

他们说:“生活在离我们更近的行星上的生命发出的信号将更容易被发现。”M型矮星在太阳附近比类太阳星(或G型矮星)要丰富得多。这就是为什么M型矮星系统是寻找地外生命的令人兴奋的目标。

虽然这是一种令人兴奋的可能性,但Kimura和Ikoma提醒说,仍有许多变量为预测增加了不确定性。例如,他们指出了红矮星系统的一些独特特征,包括可居住区与恒星的距离很近,而地球围绕太阳的位置则要远很多。

由于这些近距离的轨道,在红矮星宜居区运行的系外行星有更大的机会成为潮汐锁定”(tidally locked),这意味着一个面总是在永久的白天指向恒星,而另一个面则在永恒的夜晚转开。研究人员指出,这种结构可能会阻止温带气候,或导致气候崩溃。

潮汐锁定只是未来评估HZ-NEMP的可居住性时,需要考虑的众多变量之一。

幸运的是,像今年夏天开始运行的詹姆斯·韦布空间望远镜(JWST)和即将于2029年发射的大气遥感红外系外行星大型调查(ARIEL)任务这样的精密观测站,有能力解决关于系外行星的令人难以置信的细节,包括外星人生命的迹象。

Kimura和Ikoma说:“我们目前知道的唯一可居住的行星是地球。但我们并不完全了解,即使是地球,它又是如何维持宜居环境的。因此,我们需要更多关于气候如何取决于行星属性的研究,如海水量、重力和旋转,以及宿主恒星属性,如温度和活动。”

“从观测的角度来看,准确测量系外行星的质量和半径将帮助我们确定海洋的存在并估计其深度。此外,由JWST和ARIEL进行的系外行星大气层的观测,将为了解行星表面环境提供关键的提示。”研究人员总结道。