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高能粒子和潮汐威脅到這些外星的生命存在！

2019-06-25 13:41 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

自2016年發(fā)現(xiàn)TRAPPIST-1以來，行星科學家一直對它感到興奮。TRAPPIST-1是一個由7顆地球大小的巖石行星圍繞一顆冷恒星運行的恒星系統(tǒng)。

其中三顆行星位于宜居帶，即液態(tài)水可以在行星表面流動的空間區(qū)域。但是亞利桑那大學月球和行星實驗室科學家們的兩項新研究可能會讓天文學家重新定義TRAPPIST-1的可居住區(qū)域。這三顆位于宜居帶行星的生命可能面臨著強大威脅：從恒星噴射出的高能粒子。

博科園：費德里科·弗拉切蒂(Federico Fraschetti)和一組來自哈佛大學史密森天體物理中心(Harvard & Smithsonian)的科學家首次計算出這些粒子撞擊行星的強度。與此同時，威脅和行星實驗室的研究生哈米什·海(Hamish Hay)發(fā)現(xiàn)，TRAPPIST-1行星之間的引力拉力戰(zhàn)正在使它們表面的潮汐上升，這可能推動了火山活動，或使原本寒冷得無法維持生命的行星上被冰覆蓋的海洋升溫，其研究成果發(fā)表在《天體物理學》上。

質(zhì)子的強力轟擊

該星系的恒星TRAPPIST-1A比太陽小，質(zhì)量小，溫度低于6000華氏度。它也非?；钴S，這意味著它會釋放出大量高能質(zhì)子——與地球上產(chǎn)生極光的粒子相同。Fraschetti和團隊模擬了這些高能粒子穿過恒星磁場的旅程，發(fā)現(xiàn)第四顆行星（TRAPPIST-1適居帶內(nèi)最深處的行星）可能正在經(jīng)歷一次質(zhì)子的強力轟擊。這些粒子在TRAPPIST-1系統(tǒng)中的通量可能是地球上粒子通量的100萬倍。這讓科學家們感到驚訝，盡管行星離恒星的距離比地球離太陽的距離要近得多。高能粒子沿著磁場穿過太空，TRAPPIST-1A的磁場緊緊圍繞著恒星。

圖示TRAPPIST-1f行星表面永恒日出的印象概念圖，如果這顆行星被潮汐鎖住，那么將這顆行星的白天和黑夜分隔開的“終結者區(qū)域”可能是一個生命可能扎根的地方，即使白天和高能質(zhì)子轟擊在一起。在這張圖片中，TRAPPIST-1e在左上方可以看到一個新月，d是中間的新月，c是星星旁邊的一個亮點。圖片：NASA/JPL-Caltech

你以為這些粒子會被困在這些緊密包裹的磁力線中，但如果你引入湍流，它們可以逃逸，垂直于平均恒星場。恒星表面的耀斑會引起磁場擾動，使質(zhì)子離開恒星。粒子去向取決于恒星磁場與旋轉軸的角度。在TRAPPIST-1系統(tǒng)中，這個磁場最可能的排列方式是將高能質(zhì)子直接帶到第四顆行星的表面，在那里可以分解構成生命所需的復雜分子——或者它們可以作為這些分子形成的催化劑。雖然地球磁場保護了地球上大部分行星免受太陽釋放的高能質(zhì)子傷害，但一個足以使TRAPPIST-1的質(zhì)子發(fā)生偏轉的磁場，其強度必須達到令人難以置信的程度——是地球磁場的數(shù)百倍。

圖示TRAPPIST-1行星的相對大小及其軌道，整個TRAPPIST-1系統(tǒng)可以在水星軌道上運行，有足夠的空間。紅帶表示空間太熱，液態(tài)水無法聚集的軌道，藍帶表示空間太冷，水無法形成液態(tài)水的軌道，綠帶表示宜居帶。圖片：NASA/JPL-Caltech

但在TRAPPIST-1系統(tǒng)中，這并不一定意味著生命的終結。TRAPPIST-1行星可能是潮汐鎖定的，一方面，這意味著每顆行星的同一個半球總是面對恒星，而永恒的黑夜籠罩著另一個半球。美國聯(lián)合航空天文學院的研究助理本杰明·拉克漢姆說：也許夜晚的那一面仍然足夠溫暖，適合生命活動，不會受到輻射的轟擊。海洋還可以屏蔽破壞性的高能質(zhì)子，因為深水可以在粒子撕裂生命的基石之前吸收它們。潮汐在這些海洋，甚至在行星的巖石中升起，可能對生命有其他有趣的暗示。

牽引的潮汐

在地球上，月球不僅在海洋中引起潮汐——潮汐力還使地球的地幔和地殼的球形變形。在TRAPPIST-1系統(tǒng)中，行星之間的距離足夠近，以至于科學家們推測，就像月球對地球所做的那樣，行星之間的距離可能會引發(fā)潮汐，當一顆行星或月球因潮汐而變形時，其內(nèi)部的摩擦會產(chǎn)生熱量。海通過計算TRAPPIST-1行星的引力如何相互牽引和變形，探索潮汐給系統(tǒng)帶來了多少熱量。TRAPPIST-1是唯一一個已知的系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，行星之間可以產(chǎn)生顯著的潮汐，因為行星之間緊密地圍繞著它們的恒星。

圖示從TRAPPIST-1f附近觀察TRAPPIST-1系統(tǒng)概念圖，該系統(tǒng)位于寶瓶座，距離地球不到40光年。圖片：NASA/JPL-Caltech

這是一個如此獨特的過程，以前沒有人仔細考慮過。令人驚訝的是，它竟然發(fā)生了，在過去，科學家們只考慮過恒星引起的潮汐。發(fā)現(xiàn)星系內(nèi)部的兩顆行星靠得足夠近，彼此之間產(chǎn)生了強大的潮汐。隨后的潮汐加熱可能足夠強大，足以為火山活動提供燃料，而火山活動反過來又能維持大氣。盡管TRAPPIST-1最深處的行星白天可能太熱而無法維持生命，但火山噴發(fā)的大氣層可能會將一些熱量轉移到它們原本太冷的夜晚，使其足夠暖和，使生物不至于結冰。這個系統(tǒng)中的第六顆行星，被稱為TRAPPIST-1g，正在經(jīng)歷恒星和其他行星的潮汐牽引。

在這個星系中，它是唯一一顆由于其他行星引起的潮汐加熱和中心恒星引起潮汐加熱一樣強烈的行星。如果TRAPPIST-1g是一個海洋世界，就像我們太陽系中的木衛(wèi)二或土衛(wèi)二一樣，潮汐加熱可以使它的海水保持溫暖。像TRAPPIST-1這樣的m -矮星系統(tǒng)為天文學家提供了尋找太陽系外生命的最佳機會，而Fraschetti和Hay的研究可能有助于科學家選擇未來如何探索該系統(tǒng)。需要真正了解這些系統(tǒng)是否適合生命，高能粒子通量和潮汐加熱是限制我們探索的重要因素。