在安托萬·德·圣-?？颂K佩里經(jīng)典中篇小說《小王子》(The Little Prince)中，這位名義上的王子生活在一顆房子大小的小行星上，如此之小，只要把椅子挪幾步，他就可以在一天中的任何時(shí)間觀看日落。當(dāng)然，在現(xiàn)實(shí)生活中，微小的天體不能支持生命，因?yàn)樗鼈儧]有足夠的引力來維持大氣。

但多小才算太小，不適合居住呢？在最新的一篇研究論文中，哈佛大學(xué)研究人員描述了一種新的、更低宜居行星大小的標(biāo)準(zhǔn)限制。以便長時(shí)間保持地表液態(tài)水，將所謂的宜居區(qū)或“金發(fā)地帶”延伸到小型低引力行星。

這項(xiàng)研究擴(kuò)大了宇宙中生命的搜索范圍，并揭示了小行星上大氣演化的重要過程，其研究發(fā)表在《天體物理學(xué)》期刊上。第一作者Constantin Arnscheidt‘18說：當(dāng)人們想到宜居區(qū)的內(nèi)外邊緣時(shí)，傾向于只在空間上考慮它，這意味著行星離恒星有多近。但實(shí)際上，還有許多其他變量影響宜居性，包括質(zhì)量。根據(jù)行星大小設(shè)定宜居下限，這給我們持續(xù)尋找適合居住的系外行星和外星生命帶來了一個(gè)重要的限制。一般而言，如果行星能夠保持表面液態(tài)水（而不是冰凍水）足夠長的時(shí)間來讓生命誕生和進(jìn)化。

保守地說大約需要10億年左右，行星就被認(rèn)為是適宜居住的。天文學(xué)家在特定類型恒星的特定距離內(nèi)尋找這些適合居住的行星，比太陽更小、更冷、質(zhì)量更低的恒星，其宜居區(qū)比更大、更熱的恒星要小得多。宜居區(qū)的內(nèi)緣是由一顆行星在失控的溫室效應(yīng)導(dǎo)致所有地表水蒸發(fā)之前離恒星有多近來定義的。但是，正如Arnscheidt和他的同事所證明的那樣，這個(gè)定義不適用于小的，低重力的行星。失控的溫室效應(yīng)發(fā)生時(shí)，大氣吸收了更多熱量，這些熱量可以輻射回太空，阻止地球冷卻，最終導(dǎo)致不可阻擋的變暖，最終使海洋變成蒸汽。

然而，當(dāng)行星變小時(shí)，會(huì)發(fā)生一些重要的事情：當(dāng)它們變暖時(shí)，大氣層向外擴(kuò)展，相對于行星的大小變得越來越大。這些大的行星大氣層增加了熱吸收和輻射，使行星能夠更好地保持穩(wěn)定溫度。研究人員發(fā)現(xiàn)，大氣膨脹可以防止低引力行星經(jīng)歷失控的溫室效應(yīng)，使它們能夠在靠近恒星的軌道上保持表面液態(tài)水。然而，當(dāng)行星變得太小時(shí)，它們會(huì)完全失去大氣層，液態(tài)的地表水要么凍結(jié)要么蒸發(fā)。研究證明，存在一個(gè)臨界尺寸，低于該臨界尺寸的行星永遠(yuǎn)不可能適合居住。

這意味著可居住區(qū)域不僅在空間上是有界限的，而且在行星大小上也是有界限的。研究發(fā)現(xiàn)，臨界大小約為地球質(zhì)量的2.7%，如果一個(gè)行星的質(zhì)量小于地球質(zhì)量的2.7%，它的大氣層就會(huì)在它還沒有機(jī)會(huì)形成表面液態(tài)水之前逃逸，就像今天的彗星一樣。與此相關(guān)的是，月球?yàn)榈厍蛸|(zhì)量的1.2%，水星為5.53%，研究人員還能夠估計(jì)這些圍繞某些恒星的小行星宜居區(qū)。為兩種不同類型的恒星建立了兩個(gè)場景：像太陽一樣的G型恒星和獅子座紅矮星的M型恒星，研究人員解決了太陽系中另一個(gè)長期存在的謎團(tuán)。

天文學(xué)家長期以來一直想知道，如果太陽輻射增加，木星的冰冷衛(wèi)星木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四是否適合居住。根據(jù)這項(xiàng)研究，這些衛(wèi)星太小，無法維持表面液態(tài)水，即使它們離太陽更近。海洋環(huán)境科學(xué)和工程副教授、該研究的資深作者羅賓·華茲華斯(Robin Wordsworth)說：在尋找生命的過程中，低質(zhì)量的水世界是一個(gè)令人著迷的可能性，研究表明，與類地行星相比，它們的行為可能會(huì)有多大的不同。一旦對這類天體的觀察成為可能，嘗試直接測試這些預(yù)測將是令人興奮的。

博科園｜研究/來自：哈佛大學(xué)

參考期刊《天體物理學(xué)》

DOI: 10.3847/1538-4357/ab2bf2

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