有海洋的星球在銀河系中很常見嗎？美國宇航局科學家的答案是很有可能

幾年前，行星科學家利奈爾·奎克著手探索4,000多顆已知的系外行星或太陽系以外的行星中是否有一顆可能類似于木星和土星周圍的一些含水衛(wèi)星。盡管其中一些衛(wèi)星沒有大氣層并且被冰層覆蓋，但它們?nèi)匀皇敲绹詈骄謱ふ业赝馍氖滓繕恕１豢茖W家歸類為“海洋世界”的土衛(wèi)二和木衛(wèi)二歐羅巴，就是很好的例子。

圖解：土衛(wèi)二發(fā)現(xiàn)了液體的水。圖源：baidu

“從水柱從木衛(wèi)二和土衛(wèi)二噴發(fā)的現(xiàn)象，我們可以看出這些天體的冰殼下面存在地下海洋，并且具有驅(qū)動水柱的能量，這是我們知道的存在生命所必不可少的兩個條件”，美國宇航局行星科學家奎克說道，多年以來她專門研究火山活動和海洋世界?！耙虼?，如果我們認為這些地方可能適合居住，那么其他行星系統(tǒng)中更大版本的星球可能也適合?！?/p>

圖解：卡西尼號近距離靠近土衛(wèi)二拍攝到的羽狀物質(zhì)。圖源：baidu

很快，位于馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心的奎克決定探索銀河系中是否存在類似于木衛(wèi)二和土衛(wèi)二的行星。而且，它們的地質(zhì)活動是否也足夠活躍，可以通過它們表面噴射的羽流，有朝一日可以被望遠鏡觀測到。

通過對幾十顆系外行星（包括TRAPPIST-1系統(tǒng)附近的行星）的數(shù)學分析，奎克和她的同事們了解到一些重要的事情：他們研究的系外行星中有超過四分之一可能是海洋世界，其中大多數(shù)可能在地表冰層下?lián)碛泻Ｑ螅愃朴跉W羅巴和土衛(wèi)二。此外，許多這些行星中還可能比木衛(wèi)二和土衛(wèi)二釋放出更多的能量。

有朝一日，科學家可能會通過測量系外行星發(fā)出的熱量，或通過檢測行星火山或低溫火山（液體或蒸汽而不是熔巖）噴發(fā)到大氣中分子發(fā)出的光波長的來驗證奎克的預測。目前，科學家們無法詳細的看到那些系外行星。唉，他們太過遙遠，以至于被星星的光芒所淹沒。但是通過考慮唯一可用的信息——系外行星的大小、質(zhì)量和與恒星間的距離——像奎克和她的同事這樣的科學家可以利用數(shù)學模型和我們對太陽系的理解，試圖想象將系外行星塑造成可能為宜居的世界。

雖然這些數(shù)學模型中的假設(shè)還只是有根據(jù)的猜測，但它們可以幫助科學家縮小有希望的系外行星名單，以尋找有利于生命的條件，以便NASA即將進行的詹姆斯韋伯太空望遠鏡或其他太空任務(wù)可以跟進。

“未來尋找太陽系以外生命跡象的任務(wù)將集中在像我們這樣擁有豐富全球生物圈的行星上，它正在改變整個大氣層的化學成分”，與奎克合作的NASA天體物理學家阿基·勞勃其說道，“但在太陽系中，遠離太陽熱量的帶有海洋的冰冷衛(wèi)星仍然表明它們具有我們認為生命所需的特征?！?/p>

為了尋找可能的海洋世界，奎克的團隊選擇了53顆大小與地球最相似的系外行星，盡管它們的質(zhì)量可能是地球的八倍?？茖W家們假設(shè)這種大小的行星比氣態(tài)更固態(tài)，因此更有可能在其表面或下方存在液態(tài)水。自從奎克和她的同事于2017年開始研究以來，發(fā)現(xiàn)了至少30多顆符合這些參數(shù)的行星，但它們并未包含在于6月18日發(fā)表在《太平洋天文學會出版物》雜志上的分析中。

確定了地球大小的行星后，奎克和她的團隊試圖確定每個行星可以產(chǎn)生和釋放多少以熱量為形式的能量。該團隊考慮了兩個主要的熱源。第一種是放射性熱量，它是行星在數(shù)十億年的時間里由地幔和地殼中的放射性物質(zhì)的緩慢衰變產(chǎn)生的。這種衰變率取決于行星的年齡和地幔的質(zhì)量。其他科學家已經(jīng)確定了類地行星的這些關(guān)系。因此，奎克和她的團隊將衰減率應(yīng)用于他們的53顆行星列表，假設(shè)每顆行星都與其恒星年齡相同，并且其地幔與地球的地幔所占行星體積的比例相同。

接下來，研究人員計算了其他東西產(chǎn)生的熱量：潮汐力，這是當一個物體繞另一個物體運行時由引力牽引產(chǎn)生的能量。行星在伸展的或橢圓形的軌道上運行時會改變它們與恒星之間的距離。這導致兩個物體之間的引力發(fā)生變化，并導致行星拉伸，從而產(chǎn)生熱量。最終結(jié)果是，熱量通過表面散失到太空。

熱量的一種排出途徑是通過火山或低溫火山。另一條路線是通過構(gòu)造，這是一個地質(zhì)過程，負責行星或衛(wèi)星最外層巖石或冰層的運動。無論熱量以何種方式排出，了解一顆行星向外排出多少熱量都很重要，因為它可能決定宜居性，也可能破壞宜居性。

圖解：木衛(wèi)二上可以看到高達200千米的壯觀噴泉。圖源：baidu

例如，過多的火山活動會將宜居的世界變成充滿熔巖的噩夢。但是太少的活動會阻止構(gòu)成大氣的氣體的釋放，從而留下寒冷、貧瘠的表面。恰到好處的釋放構(gòu)成像地球這樣宜居的潮濕行星，或像木衛(wèi)二這樣可能宜居的衛(wèi)星。

在接下來的十年中，美國宇航局的木衛(wèi)二快船將探索其地表和地下，并提供有關(guān)地表以下環(huán)境的資料?？茖W家對木衛(wèi)二和太陽系其他可能宜居的衛(wèi)星了解得越多，他們就越能更好地了解其他恒星周圍的類似世界——根據(jù)今天的發(fā)現(xiàn)，這些星球可能很多。

“即將到來的任務(wù)將使我們有機會看到太陽系中的海洋衛(wèi)星是否可以支持生命的存在”，奎克說，她也是本次快船任務(wù)和土星衛(wèi)星泰坦蜻蜓任務(wù)的科學團隊成員?！叭绻覀儼l(fā)現(xiàn)化學物質(zhì)生命的跡象，我們可以嘗試在星際距離尋找類似的跡象?！?/p>

當韋伯發(fā)射時，科學家們將嘗試檢測TRAPPIST-1系統(tǒng)中一些行星大氣中的化學特征，該系統(tǒng)距離水瓶座39光年。2017年，天文學家宣布該系統(tǒng)有七顆地球大小的行星。有些人認為這些行星中的一些可能是水的，奎克的預估支持了這個想法。根據(jù)她的團隊的計算，TRAPPIST-1系統(tǒng)中的e、f、g和h四顆行星可能是充滿海洋的世界，這將使它們成為科學家在這項研究中所確定的14個海洋世界之一。

研究人員通過計量每個系外行星的表面溫度，對這些系外行星有海洋進行預測。這些信息是通過每顆行星反射到太空的恒星輻射量來揭示的?？说膱F隊還考慮了每顆行星的密度以及與地球相比它內(nèi)部產(chǎn)生的熱量估計量。

“如果我們看到一顆行星的密度低于地球，這表明那里可能有更多的水，而不是巖石和鐵”，奎克說。如果這顆星球的溫度允許存在液態(tài)水，那么你就有了一個海洋世界。

“但如果一顆行星的表面溫度低于32華氏度（0攝氏度），水就會結(jié)冰，”奎克說，“那么我們就有了一個冰冷的海洋世界，這些行星的密度甚至更低。”

與奎克和勞勃其一起參與這項分析的其他科學家是來自亞利桑那州圖森行星科學研究所的艾米·芭兒·米莉娜和來自莫斯科愛達荷大學的馬休·M·哈德曼。

by: Lonnie Shekhtman

FY: 超野的糖

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