有水的行星在太陽系很常見,那麼它們在銀河系中應該也很常見?

2020-12-16 遨遊世界科學

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眾所周知,在我們的太陽系中,有幾個行星衛星常被科學家認為生命存活的希望星球,包括穀神星,木衛四,木衛二,木衛三,土衛二,土衛六,土衛六,海衛三,甚至還有矮行星冥王星等等。據信,這些「海洋世界」內部有豐富的液態水,還有有機分子和潮汐加熱,這是生命的基本成分。這就提出了一個非常重要的問題:類似的衛星在其他恆星系統中也存在嗎?在銀河系是不是很常見呢?

實際上,按概率來講,銀河系中應該也很常見類似的星球,但是銀河系其他的恆星系統和太陽系不盡相同,因此無法以此類推。但是在最近的一項研究中,科學家研究了一個系外行星系統的樣本,發現海洋世界可能在我們的星系中非常普遍。

在他們的研究中,科學家團隊考慮了銀河系中的其他系統是否也有地質活動活躍的內海洋行星。因為它們可能像木衛二一樣存在羽流活動,如果有這種現象,那麼未來的外行星狩獵望遠鏡可能能夠探測到。在太陽系,水柱是從歐羅巴和土衛二噴發出來的,所以我們可以知道這些天體的冰層下面有地下海洋,它們有驅動水柱的能量,這是我們所知道的生命的兩個要求。因此,如果我們認為這些地方可能適合居住,那麼在其他行星系統中,它們如果有類似的存在也可能適合居住。

能量的產生和釋放

雖然目前的望遠鏡還不足以探測到系外行星上的羽流,但科學家通過數據進行數學分析,以此推測太陽系外海洋世界的可能性有多大。為了做到這一點,他們選擇了53顆與地球大小相似的系外行星,其中一些行星的質量是地球的8倍。然後,他們開始確定每一個能以熱量的形式產生和釋放能量的多少。

以太陽系的海洋世界為模板,這種熱量的來源可以歸結為兩種可能性之一。首先,在一個行星的地殼和地幔中有放射性物質的緩慢衰變。其次,還有潮汐力,另一個物體的引力使行星內部彎曲和伸展,從而產生熱量。

對於地球這樣的陸地行星,這種熱量以火山作用和板塊構造的形式通過地殼和地幔釋放。對於像歐羅巴、土衛二、海衛一等衛星來說,主要來說是低溫火山作用,因為水穿過冰面形成羽狀物導致地殼降溫。不管怎樣,知道釋放了多少熱量,科學家就能知道星球是否適合居住。

在地球上,太多的火山活動會把地球表面變成一片熔融的荒地,而火山氣體會產生有毒的大氣羽流。同時,活動過少會導致大氣稀薄,溫室氣體不足,導致地表寒冷、貧瘠。同樣的道理也適用於低溫火山作用,太多的熱量會使內部海洋過熱而無法維持生命,太少的熱量會導致海洋結冰。

結論

最終,科學家的分析證實,在他們取樣的53顆系外行星中,有超過四分之一可能是海洋世界,其中大部分可能比木衛二或土衛二釋放更多的能量。此外,研究小組還研究了TRAPPIST-1系統,該系統有7顆巖石系外行星,這些行星其實在2017年就已經被天文學家證實。

通過科學家的計算,TRAPPIST-1e、f、g和h都可能是海洋世界,這意味著在這項研究中確定的14個海洋世界中,有4個可以在一個系統中找到。

鑑於科學家可以直接研究的系外行星很少,因此該研究中採用的分析受到許多不確定性和一些假設的影響。但是這項研究仍然為我們將來尋找類地行星提供了極大的參考意義。未來尋找太陽系以外生命跡象的任務將集中在像我們這樣的行星上,這些行星的全球生物圈非常豐富,正在改變整個大氣層的化學結構。當然,就近原則,我們的目標將首先定位於我們的太陽系,尤其是那些存在液態海洋的衛星,比如歐羅巴、土衛六等等。

展望未來

美國宇航局的歐羅巴快艇計劃在20世紀20年代發射,它將探索歐羅巴的表面和地下,以了解更多關於其內部的信息。還有美國宇航局的蜻蜓任務,將在20世紀30年代前往泰坦探索月球的大氣層和表面,以了解其豐富的益生元條件和有機化學。這些任務將有可能揭示太陽系中的海洋衛星是否能夠支持生命的真相,如果我們發現生命的化學特徵,我們可以嘗試在星際距離尋找類似的跡象。

在可以縮小尋找潛在可居住系外行星範圍的分析和對太陽系中潛在可居住天體的任務之間,科學家們更有可能找到太陽系以外的生命。根據這些最新的發現,這種生命可能非常豐富,無論是外星生命還是外星生命!

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