陸地，一把打開外星生命的鑰匙

藝術(shù)家們想象中的海洋行星和地球沒什么兩樣，只不過衛(wèi)星變成兩個(gè)月球。一項(xiàng)新研究提出系外行星上的陸地，不論是陸地位置還是總量，都極大地影響著該行星的宜居性。

陸地，系外行星上的生命鑰匙

影響外太空星球宜居性的要素有很多，包括星體物質(zhì)組成成分、表面溫度、大氣成分以及接收恒星的輻射量等等。如今，一項(xiàng)發(fā)表研究提出了另一項(xiàng)影響要素：行星上的陸地位置和陸地總量。加拿大多倫多大學(xué)的研究者們表示，他們的新型氣候模型證實(shí)了巖質(zhì)行星上的陸地位置和總量能夠影響該行星的宜居性。該研究主要針對(duì)繞紅矮星運(yùn)行的、與地球質(zhì)量相似的巖質(zhì)行星。

研究人員在《英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上發(fā)表了最新的相關(guān)同行審議論文，預(yù)印本服務(wù)器上也有該論文的免費(fèi)版。多倫多大學(xué)研究生伊芙琳·麥克唐納（此前系麥吉爾大學(xué)研究生）在英國(guó)舉辦的全國(guó)天文大會(huì)上提出了有關(guān)研究結(jié)果。

水之世界

天文學(xué)家表示，繞恒星運(yùn)行的系外行星有一個(gè)顯著標(biāo)志——大概率地表層有水存在。這些星球的水資源分布情況并不一定總和地球類似，每顆行星的水含量變化很大、各不相同。比如，地球表面約有71%面積被水覆蓋，一些系外行星可能和地球情況類似，也被廣闊的深海覆蓋，而另一些系外行星則可能僅有湖泊點(diǎn)綴。

地球表面約71%面積被水覆蓋。其他巖質(zhì)行星可能水含量類似，也可能水含量更少，當(dāng)然還可能全球被海洋覆蓋。圖源：美國(guó)國(guó)家航空航天局戈達(dá)德航天中心Reto St?ckli.

此外，一些行星被其環(huán)繞的恒星潮汐鎖定，行星有一面一直朝向主恒星，就像月球只有一面朝著地球一樣。這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致行星難以維持氣候平衡，因?yàn)槔碚撋?，行星大氣層和海洋?huì)對(duì)白晝側(cè)和黑夜側(cè)接收到的恒星能量進(jìn)行重新分配，而一顆潮汐鎖定行星，熱能則主要停留在面朝恒星的那一側(cè)。

外星氣候模擬器——?dú)夂蚰Ｐ湍M系外行星的陸地情況

目前，多倫多大學(xué)的研究人員表示他們已經(jīng)設(shè)計(jì)出一個(gè)全新三維氣候模型——外星氣候模擬器。該模型模擬了巖質(zhì)類地行星兩種不同的白晝側(cè)場(chǎng)景。這兩種場(chǎng)景布局基本完全相反：一種場(chǎng)景下，行星白晝側(cè)有被海洋包圍的圓形陸地；另一種場(chǎng)景下，則是被陸地包圍的圓形海洋。這便是假想的“眼球星球”，一種白晝側(cè)中心有海洋或其他顯著地理特征的潮汐鎖定行星。

上述兩種場(chǎng)景模型中，均會(huì)對(duì)圓形區(qū)域的大小進(jìn)行調(diào)整，以便更好地顯示可用土地的占比變化對(duì)行星整體氣候的影響。模型還研究了不同的陸地分布情況下，行星白晝側(cè)的凈降水量、云量和表面溫度的變化。此外，塵土因?yàn)闀?huì)降低干旱大陸的溫度而能極大地影響行星氣候，雖然該研究并未涉及這點(diǎn)，但論文中卻有提起。

研究人員設(shè)置了20%、40%、60%和80%白晝側(cè)土地覆被下的10-12種模型。

多倫多大學(xué)研究生伊芙琳·麥克唐納（此前系麥吉爾大學(xué)研究生）在2022年7月11日于英國(guó)華威大學(xué)舉辦的全國(guó)天文大會(huì)上提出了有關(guān)研究的最新發(fā)現(xiàn)。圖源：麥吉爾大學(xué)

對(duì)行星氣候的巨大影響

該論文概述如下：

行星表面的情況會(huì)顯著影響其氣候和宜居性。研究中，我們?cè)趦煞N完全相反且極端的大陸分布情況下，即所有陸地或所有海洋都集中在星下點(diǎn)上，使用3D大氣環(huán)流模型“外星氣候模擬器”系統(tǒng)地改變一個(gè)同步旋轉(zhuǎn)的溫帶巖質(zhì)行星白晝側(cè)的土地覆被。

結(jié)果究竟如何呢——研究表明，陸地位置和陸地總量的確能顯著影響行星氣候。

如果一個(gè)行星在白晝側(cè)擁有相似的陸地總量，但布局相反（即一種是海洋包圍陸地，另一種是陸地包圍海洋），那么行星地表平均溫差能達(dá)20攝氏度（36華氏溫度）。液態(tài)海洋面積和大氣水蒸氣含量呈正相關(guān)。正如所料，如果一顆行星有更多的陸地，則其白晝側(cè)氣候會(huì)更加炎熱干燥，云層和降雨也會(huì)限制在較小的中部區(qū)域內(nèi)。

一種假想的水之世界，類似于本次新研究中一種較小海洋完全被陸地包圍的行星模型?？茖W(xué)家們稱之為“眼球行星”，即白晝側(cè)中心有海洋（或其他顯著地理特征）的潮汐鎖定行星。圖源：eburacum45/ DeviantArt網(wǎng)站

展望外星生命

陸地的位置和總量在行星潛在可居住性中扮演著至關(guān)重要的角色，而一個(gè)行星越適宜居住，那么有生命棲息于此的機(jī)會(huì)也就越大。正如伊芙琳·麥克唐納所推測(cè)：探索宇宙中除地球以外是否有生命存在是天文學(xué)屆乃至整個(gè)科學(xué)屆的重要挑戰(zhàn)。我們的研究論證了類地行星上的陸地情況對(duì)其氣候有著巨大影響，這將有助于天文學(xué)家們?cè)诮柚鷥x器比如詹姆斯韋伯空間望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)行星時(shí)更好地詮釋他們所看到的景象。

要旨：多倫多大學(xué)一項(xiàng)新研究展示了巖質(zhì)行星的陸地位置和總量是如何影響其氣候和宜居性的，該研究使用了一種叫“外星氣候模擬器”的特殊新型3D氣候模型模擬類地行星。

BY:Paul Scott Andersonand

FY: 克萊登大學(xué)神秘博士

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