胡永雲:地球之外的冰雪世界——行星冰凍圈研究綜述

2020-12-27 騰訊網

胡永雲 楊 軍 魏 強

北京大學 物理學院 大氣與海洋科學系

在現代氣候條件下,地球冰凍圈主要存在於高緯度、高海拔和大氣對流層中層至中間層。但在地球 46 億年的歷史中,地球氣候經歷了劇烈的冷暖變化,因此地球冰凍圈的範圍也在不斷地波動。在暖期,地球的兩極甚至沒有冰蓋;而在極端寒冷期,冰凍圈推進到赤道附近,地球甚至進入了全冰封的狀態。

如果我們把視野放大到整個太陽系,各行星的冰凍圈所展示的豐富多樣性遠超出了我們基於地球所形成的冰凍圈概念。由於各行星和衛星的表面氣壓、溫度與地球存在巨大的差異,它們的冰凍圈與地球冰凍圈有著很大的不同。

特別地,行星冰凍圈還包括其他易揮發組分的冰凍圈層。例如,在火星極低的溫度條件下,二氧化碳能夠形成乾冰並沉降;氮氣在冥王星上可以形成氮冰等。在太陽系的外圍,一些矮行星和衛星主要是由水分組成的,這些天體的殼層是由冰凍圈組成的;在極低的溫度條件下,這些矮行星和衛星的水冰物理性質與地球上的水冰完全不同。

在太陽系之外,目前已發現了 4 000 多顆系外行星,其中 10—20 顆有可能是適宜類地生命存在的宜居行星。這些太陽系外宜居行星大多是潮汐鎖相行星——其一面永遠朝向其恆星,而另一面永遠背向恆星。可以想像,這些行星背陽面的冰凍圈與地球冰凍圈應該有著很大的差異。

在本文中,我們首先簡要介紹地球歷史上的主要冰河期,然後介紹太陽系行星冰凍圈,最後介紹太陽系外宜居行星的冰凍圈。

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兩次「冰雪地球」事件

回顧地球 46 億年的歷史,氣候的總體趨勢是不斷變冷的。自地球形成到距今 25 億年前,除去大約距今 30 億年前可能存在一段較短的寒冷時期外,地球上基本沒有冰河期存在;並且,這段時間內地球兩極地區很可能也沒有冰蓋,地球冰凍圈很可能僅存在於大氣層,也就是冰晶雲。早期地球的平均表面溫度較現在高得多,氧、矽同位素等其他地質證據也支持這一結論。

距今 25 億年以來,地球上出現過 5 次大的冰河期,其中 2 次為全球性的,分別發生在距今 23 億年前的古元古代和距今 8 億—6 億年前的新元古代。當這 2 次冰河期達到巔峰時,全球平均溫度降低到 50℃ 或更低,陸地被冰川所覆蓋,海冰厚度達 1—2 km,並且延伸到赤道地區,甚至赤道地區的海洋也被冰封,地球冰凍圈範圍擴展到最大。這 2 次全球性的冰河期也被稱為「冰雪地球」(Snowball Earth)。當全球海洋被冰封之後,水循環基本被切斷,不會再產生降雪,而最初的積雪逐漸形成冰;此時,地球實際上是被冰所覆蓋,因此稱為「冰球地球」更合適一些。

這 兩次全球性冰川的證據主要來自 3 個方面:

1.在現代,所有大陸上均發現了對應這 2 個時期的冰川殘跡層。根據古地磁的證據可以推測出當時的大陸基本都集中在熱帶地區,這說明當時赤道地區大陸也存在冰川。

2.兩個時期都有條帶型鐵礦石的形成,這說明在條帶型鐵礦石形成之前海洋曾經被完全冰封過。只有在海洋完全被冰封的情況下,海洋中氧的來源被切斷,在無氧狀態下,鐵溶解於海水的現象才能發生(在無氧的情況下,鐵是可以溶解於水的);而當海冰融化後,大氣中的氧進入海洋,鐵與氧發生化學反應形成氧化鐵,從海水中沉澱下來,並形成條帶型的鐵礦石。

3.冰川殘積層上面存在深厚的碳酸鹽巖。這說明在冰川期期間,陸地表面矽酸鹽風化反應被停止或極大地削弱,火山噴發的 CO 不斷在大氣中累積;當冰川消融後,大氣中 CO 通過風化反應形成碳酸鈣,並沉降下來。

古元古代冰河期(也被稱為休倫冰河期)有可能是地球歷史上持續時間最長的冰川期。關於古元古代「冰雪地球」的形成,一般認為與大氣中甲烷的氧化有關。那時大氣的氧氣開始不斷累積和升高;氧化反應使得大氣中甲烷濃度降低,溫室效應減弱;繼而地球變冷,從而誘發了古元古代「冰雪地球」的形成。

新元古代「冰雪地球」事件包括了至少 3—4 次全球性冰川的形成和融化過程,其中至少有 2 次冰川事件是全球性的。新元古代「冰雪地球」的形成和融化與 CO 濃度的變化有關,是一個典型的碳酸鹽-矽酸鹽循環氣候負反饋機制的結果。

新元古代「冰雪地球」形成和融化分為 4 個階段:

1.熱帶裸露的地表導致強的風化反應,CO 濃度降低,溫室效應減弱;

2.在冰雪-反照率正反饋的作用下,陸地冰川和海冰自高緯度向熱帶擴張,形成全球性冰封;

3.冰封后,風化反應中斷,火山噴發的 CO 在大氣中累積,溫室效應增強;

4.當 CO 濃度足夠高,溫室效應變得足夠強,「冰雪地球」融化,地球返回溫和的氣候態。

整個過程正好代表了 1 次碳酸鹽-矽酸鹽循環,也反映了該循環的負反饋機制對氣候穩定性的作用。與古元古代「冰雪地球」的形成不同,新元古代「冰雪地球」的形成是由於 CO 濃度降低,而非 CH 濃度降低。2 次全球性冰川的融化則都是由於 CO 濃度升高所導致的溫室效應變強造成的。

這 2 次「冰雪地球」事件對傳統的地球深時古氣候變化和生命演化是一個極大的挑戰。迄今為止,地學界關於這 2 次全球性冰川事件還存在廣泛的爭論。爭論的要點為海洋究竟是完全被冰封,還是熱帶海洋仍保留有開放的海域。雖然所有的證據都表明在元古代的早期和晚期確實出現過地球歷史上最為嚴重的冰河期,但這些證據還不能充分證明地球在這 2 個時期被完全冰封過。就現有的證據而言,熱帶保留開放的洋面似乎更合理一些。如果地球確實被完全冰封數百萬年,原始生命如何延續將是一個很難回答的問題。

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太陽系行星冰凍圈

太陽系雪線

相對於太陽系其他行星和衛星的冰凍圈而言,地球冰凍圈僅是冰山一角。與高海拔的山峰具有雪線一樣,太陽系也有一條雪線,距離太陽大約 2.7 AU,位於火星和木星之間(圖 1 中的白色線)。

圖 1 太陽系中太陽、八大行星和雪線的位置 從左到右的星球依次為:太陽、水星、金星、地球、火星、木星、土星、海王星和天王星;火星與木星之間的白色虛線為雪線

在太陽系雪線之內有 4 顆固態行星,分別是水星、金星、地球和火星;而在太陽系雪線之外是 4 顆氣態行星,分別是木星、土星、海王星和天王星。在太陽系雪線的內側,水冰不可能在太陽直射下永久存在,很容易揮發成為水汽。而在太陽系雪線外圍,星體溫度已非常低;根據克勞修斯-克拉伯龍方程,水冰表面已很難揮發,因此,水冰是可以永久存在的,並在地質時間尺度上保持穩定狀態。

在太陽系雪線之外,除了 4 個氣態巨行星,還擁有大量的矮行星、小行星和固態衛星,而它們都包含大量的水冰。實際上,一些衛星的殼層主要是由水冰組成的,通常被稱為冰衛星。觀測表明,多個冰衛星還擁有豐富的地質活動,如冰殼裂解、下層水汽等物質向外噴發等,這些極大地拓展了冰凍圈的外延。因此,就整個太陽系來說,冰凍圈的概念是豐富多彩的。

行星冰凍圈的研究對於理解和尋找生命起源,以及研究地球和其他行星的氣候演變有著重要價值,也有為未來行星探測器乃至星際定居點提供重要的能量和物質來源的潛力。

火星冰凍圈

在太陽系雪線內側,4 顆固態行星在太陽系形成之初就是貧水的,因此它們冰凍圈的範圍普遍較小。水星由於質量太小而無法維持顯著的大氣層,地球的衛星——月球也如此。二者表面能夠被太陽直射的部分都不可能有水冰存在,因為在太陽光照射下,冰將很快升華並逃逸到太空。

關於水星和月球兩極隕石坑內永久陰影區中是否存在水冰的爭論,持續了整個 20 世紀。直到最近幾年,「信使號」探測器和「嫦娥」系列探月衛星為我們提供了越來越多的證據,顯示水星和月球極區隕石坑內的永久陰影區中存在有少量的水冰 。金星由於其大氣溫室效應太強,近地面氣溫接近 500℃,地表不可能存在水或者冰。

火星曾是人類尋找液態水的首選。火星全球平均溫度低於 60℃,其極區冬季溫度低於 150℃。儘管一些地貌特徵和沉積物顯示,火星在 30 億年前可能曾經存在豐富的液態水甚至海洋,但現在,火星中低緯度地區表面沒有發現水冰,中低緯度地區的次表層是否存在凍土或水冰還不太清楚。火星南、北兩極的冰帽是火星冰凍圈的主體(圖 2)。

圖 2 火星南北兩極地區永久冰帽圖像 (a)北極冰帽;(b)體積相對較小的南極冰帽;資料來源:NASA/JPL/USGS

火星北極冰帽較大,直徑約為 1 100 km,厚度 2—3 km,整個冰帽的體積約為 190萬 km ,與格陵蘭冰蓋的體積(285 km )接近;南極冰帽較小,直徑約為 400 km,冰蓋厚度與北極冰帽相當。

火星兩極冰帽都由水冰和乾冰(固態 CO )組成,相對來講,北極冰帽水冰較多,而南極冰帽則以乾冰為主。火星兩極冰帽均存在季節性變化,主要是由乾冰的季節變化造成的:火星兩極的冬季溫度均低於 CO 凝固的溫度。因此,在冬季火星大氣中的 CO 在兩極地區凍結並沉降,形成乾冰。在夏季,火星北極溫度可高達 68℃,超過了 CO 的升華溫度,因此其地表乾冰升華進入大氣層。相對而言,火星南極夏季溫度很少超出 125℃,因此乾冰不易升華。這造成了火星南北兩極冰帽成分的差異。

這裡特別需要指出的是,火星的冰凍圈已不僅僅涉及水冰,還包括乾冰。因此,行星冰凍圈不僅包含水分的冰凍圈,其他大氣成分的凝固也是行星冰凍圈的一部分。

穀神星冰凍圈

穀神星是位於小行星帶的最大星體,屬於矮行星範疇,距離太陽 2.8 AU,介於火星和木星之間,直徑 940 km。現有的研究和探測表明,穀神星的殼層厚度約為 40 km,含有至少 40% 的水冰,其他是巖石成分。

2015 年,美國國家航空航天局(NASA)的「黎明號」探測器表明,穀神星表面為水冰、鹽和水合礦物的混合物,可能還有水合包絡物。另外,在穀神星上還發現了冰火山。阿胡拉山(Ahuna Mons)便是一個較為確定的冰火山,約 17 km 寬,4 km 高(圖 3);其就是水冰從殼層下面噴發出來形成的冰山。

圖 3 穀神星上的阿胡拉冰火山 資料來源:NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA(https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA21906)

除了穀神星,小行星帶內的許多小星體也主要是由水冰所組成。一些研究建議,地球水分中的相當一部分是在晚期大轟擊時期(距今 42 億—38 億年前),由小行星帶內富含水的星體撞擊地球帶來的。因此,研究地球之外的冰凍圈對我們理解地球水的來源和生命演化極為重要。

冰衛星

木星和土星是 2 顆氣態巨行星,擁有諸多衛星,而這些衛星中許多是由水冰組成的;此外,土星美麗的光環也主要是由水冰顆粒組成的。

水冰覆蓋了木衛二(Europa)、木衛三(Ganymede)和木衛四(Callisto)的表面並成為這些衛星的殼層。這些殼層與由巖石物質所構成的地球殼層完全不同。在這些衛星的水冰殼層之下,很可能存在著液態海洋。因為液態水是生命存在的首要條件,所以木衛二受到了最廣泛的關注。20 世紀 70 年代發射的「旅行者號」探測器拍下的大量照片顯示,木衛二的水冰表面布滿了縱橫交錯的山脊—山谷—山脊狀裂紋。

此外,還有約佔表面積 1/4 的冰川表面「破裂」為數千米大小的破碎多邊形單元,顯示在引力潮汐作用下,木衛二殼層下液體流動的痕跡。根據這些觀測,很多科學家相信木衛二的水冰殼層下存在一個較深厚的海洋。重力場測量表明木衛二外圈冰層和可能的地下海洋總深度達到約 100—200 km。

土星的冰衛星與木星的冰衛星類似。以土衛二為例,其密度約為 1 600 kg · m 3,對應著約 60% 的巖石和 40% 的水/冰,其表層是一層水冰殼層,而殼層下可能存在一個全球性的海洋。土衛二有著令我們始料未及的地質活動強度:年輕的南極冰殼層有 4 條平行的裂紋——「老虎紋」(tiger stripe),不斷噴發出超音速冰粒、水蒸氣和其他氣體,達到幾百公裡的高度(圖 4)。

圖 4 「卡西尼號」飛船拍攝的土衛二照片 (a)偽彩色圖,顯示土衛二全球均被水冰冰殼所覆蓋;其中,右上方可見較為密集的隕石坑,下方4條平行的淡藍色條紋是南極區域的「老虎紋」,也是「噴泉」噴發的位置;(b)土衛二南極「老虎紋」所噴出的氣體和固體噴泉;資料來源:NASA PIA07800,PIA11688

噴發物大部分落回土衛二表面,而約有 9% 的物質在土星引力作用下,成為壯觀的土星環的一部分(E 環)。土星美麗的光環也主要是由水冰顆粒所組成。「卡西尼號」飛船多次穿越後測得其氣體成分主要是水汽,還含有 5% 二氧化碳、1% 甲烷、1% 氨,以及少量較重的碳氫和有機化合物 。

地球生命所必需的三大條件包括生命所需的元素、液態水和化學能來源(氧化還原梯度),而前兩者幾乎都能夠在土衛二上找到。這使土衛二成為天體生物學研究,特別是成為尋找生命起源的一個重要研究目標。

土衛六又稱「泰坦」,是太陽系中唯一擁有濃密大氣的衛星。大氣中的 CH 和 N 發生光化學反應,生成高階碳氫化合物和腈類物質,形成的有機氣溶膠顆粒成為土衛六大氣中的霾。「卡西尼號」飛船通過雷達發現在土衛六不到 100 K 表面溫度下存在一系列的 甲烷湖,小的不到 10 km ,最大的克拉肯海達到 500 000 km 。

土衛六是目前已知的地球之外唯一在表面擁有穩定的大面積的液體存在的天體。CH 在土衛六的角色與水在地球的作用很相似,CH 湖的存在維持了大氣層中的 CH 含量,同時產生了 CH 雲;地面有著縱橫交錯的河流痕跡,表明土衛六上可能有間斷髮生的液態 CH 沉降。此外,「卡西尼號」飛船所投放的「惠更斯號」探測器在土衛六的著陸點附近還拍攝到許多鵝卵石大小的、可能包裹了碳氫化合物的水冰。

冥王星

在太陽系外側的柯伊伯帶有眾多小星體,這些小星體主要由水冰組成。冥王星是其中最大的一個星體,屬於矮行星範疇,其殼層主要由水冰構成。冥王星表面溫度 30—60 K,在如此低的溫度條件下,N 、 CH 和一氧化碳(CO)等易揮發物質都以固態冰的形式存在,並與一些光化學產生的有機物一起覆蓋在由水冰構成的「基巖」上。這些易揮發性冰的厚度和成分比例隨溫度變化呈現顯著的變化。與土衛六類似,冥王星的冰凍圈也是與大氣圈密切耦合在一起的,其大氣壓力由氮冰的飽和蒸氣壓所控制:在遠日點時,冥王星表面溫度較低,大氣壓也較低;而在近日點時,表面溫度較高,N 、 CH 和 CO 揮發進入大氣,大氣壓也隨之升高。

「新視野號」探測器在飛越冥王星時拍攝的照片顯示,冥王星有一個「心臟形」的平原,被稱為「斯普尼克平原」。該平原是一個盆地,四周都是水冰形成的冰山,高度 2—3 km,還發現了冰火山的活動痕跡(圖 5)。

圖 5 「新視野號」探測器拍攝的冥王星斯普尼克平原上的氮冰川照片

該平原上覆蓋著數千米厚的易揮發冰層,主要成分是 N ,還有少量CH 和 CO。觀測表明,這層氮冰能夠進行固體對流運動,還能夠通過黏性流動不斷更新其表面。

3

太陽系外行星冰凍圈

1995 年,第一顆圍繞類太陽恆星公轉的太陽系外行星(簡稱「系外行星」)被確認。這是一個劃時代的事件,其發現者 Michel Mayor 和 Didier Queloz 獲得了 2019 年的諾貝爾物理學獎。在 1995 年之後,每年累計確認的系外行星數目呈指數增加,目前已經確認了 4 000 多顆系外行星。其中,有 10—20 顆可能是宜居行星。一顆行星是否宜居取決於諸多條件,如地表水、恆星輻射、行星軌道、大氣成分、臭氧層、板塊構造、磁場等,但液態水是生命存在的首要條件。行星的地表是否能夠長期維持液態水的存在,主要取決於地表溫度。如果一顆行星上的水常年都以固態的形式存在,完全被凍結,那麼這類行星肯定是不宜居的。

在系外行星中,最有可能出現冰凍圈的是圍繞著紅矮星公轉的行星。紅矮星質量較小、大約只有太陽的 7.5%—60%,其輻射溫度較低,大約在 2 300—3 800 K。相對而言,太陽的表面溫度是 5 800 K。因為紅矮星的質量較小,其核聚變反應速率比太陽的慢很多,其壽命也較類太陽恆星要長很多,所以銀河系中 80% 以上的恆星是紅矮星,而類太陽恆星或質量更大的恆星數量很少。

目前,已發現的大部分系外行星是圍繞著紅矮星公轉的。因為紅矮星的輻射強度比太陽的小很多,所以其周圍的宜居行星與母星距離較近,受到恆星的潮汐力很大,形成潮汐鎖相。這些宜居行星的一面永遠擁有陽光,另一面永遠處於黑暗之中。月球就是被地球鎖相;因此,我們只能看到月球的一面,而無法看到月球的另一面。

潮汐鎖相行星的大氣環流與地球的非常不同。它們的大氣環流在朝陽面輻合上升,在背陽面輻合下沉,再通過邊界層回到向陽面。這種大氣環流可以將水汽和熱空氣從向陽面輸送到背陽面,同時將冷空氣從背陽面輸送到向陽面。背陽面因為永遠接收不到恆星輻射,溫度很低,海洋有可能被凍結,水汽將凝結成冰雪,沉降到地表,並形成冰蓋。因此,潮汐鎖相行星背陽面是冰凍圈的發育區。

潮汐鎖相行星背陽面冰川的厚度取決於諸多因素。首要因素是冰川底部地熱通量的強度,地熱通量越大,冰川越不容易變厚,被凍結在背陽面的水分就越少。其次,在重力作用下,背陽面冰川會發生自背陽面向朝陽面的流動,當冰川流回到朝陽面時,將被融化,形成湖泊或者海洋。

如果行星的水分較少,水分很容易被凍結在背陽面,那麼此類行星是不宜居的。如果行星的水分足夠多,即使部分水分被凍結在背陽面,但朝陽面仍將保留海洋,因此將是宜居的。海洋環流也可以將熱量從向陽面輸送到背陽面,有效地加熱背陽面,使得背陽面冰川和海冰的厚度不至於太厚。

圖 6 是使用海-氣耦合氣候模式和冰川模式模擬的鎖相行星背陽面陸地上的冰川厚度。在該模擬試驗中,鎖相行星的地熱通量和重力加速度均與地球的相同,背陽面冰蓋厚度最大可達到 2 km,冰川移動最大速度是每年 1.0 m。以地球的海洋平均深度 4 km 為例,如果一顆鎖相行星背陽面的冰蓋厚度為 2 km,其朝陽面還應該有 2 km 深的海洋。但如果整個海洋深度較淺,則很可能朝陽面沒有液態水存在,該行星將是非宜居的。

圖 6 潮汐鎖相行星背陽面陸地冰川厚度

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結語

本文簡要介紹了地球早期的 2 次「冰雪地球」事件和行星冰凍圈。有 2 點需要特別強調:

1.在不同溫度條件下,其他星體上的水冰物理特徵與地球上水冰迥然不同;

2.在極低溫度條件下,易揮發分物質在其他星體上也可以形成冰凍圈,這在地球上是很難想像的。

由於篇幅的關係,我們並沒有詳述其中的基本物理原理。實際上,任何一種物質的相態是溫度和壓力的函數,其中任何一個條件或兩者的共同改變,都可以產生不同的相態。在高溫高壓下,水變成一種超級流體。在低溫低壓下,水冰堅硬無比,可以是星體的殼層。另一個例子是,在我們通常的概念中,氫(H )是一種氣體,但在高壓下,氫具有金屬的特徵,甚至可以導電。人們甚至認為,在木星的深部,由於大氣壓力非常大,氫具有金屬屬性。

如果把地球作為一顆行星來看待,其冰凍圈的演化歷史不僅是我們認識其他行星冰凍圈的基礎,也對理解地球水分的來源有重要意義。地球的水分是其形成之初就具有的,還是後期小行星帶中星體撞擊地球帶來的?目前,我們對這一根本問題還沒有答案。未來的小行星探測,尤其是氫同位素測量有可能回答這一基礎問題。地球歷史上 2 次「冰雪地球」事件的形成機理及相關的科學問題仍然是地球科學領域的一個研究熱點。這些基礎性問題是我們認識行星地球宜居性的根本。

行星冰凍圈豐富的多樣性將極大地加深我們對冰凍圈的理解。例如,火星兩極不僅存在水冰,還存在乾冰;火星的次表層是否存在凍土和液態水是未來火星探測的目標之一。太陽系雪線之外眾多矮行星和衛星均擁有豐富的水分,以水冰的形式存在,並構成這些星體的殼層。除此之外,其他易揮發組分如 CH 、N 、CO 也以固體形式存在,形成了與地球冰凍圈完全不同的行星冰凍圈。

深空探測是行星冰凍圈研究的主要手段。未來的深空探測,也將包括對行星冰凍圈的探測。在過去的 20 年,飛往土星系統的「卡西尼-惠更斯號」探測器和木星系統的「伽利略號」探測器為我們提供了許多關於冰衛星的觀測數據。「信使號」探測器對水星的觀測、「新視野號」探測器對冥王星及其衛星的觀測、「黎明號」探測器對穀神星的觀測,以及「羅塞塔號」探測器對「菲萊」彗星的探測,為研究太陽系冰凍圈提供了寶貴數據。我國的「嫦娥」系列探月衛星對月球的探測,也極大地豐富了我們對月球冰凍圈的知識。目前,正在木星軌道的「朱諾號」探測器和將在未來 10 年內發射的「Europa Clipper」「JUICE」探測器將對木星的衛星進行更多維度的密集觀測,有望確定木星衛星冰層的厚度、成分和流變性質,並對冰殼層下是否存在液態海洋進行更準確的估計。這些探測計劃為了解太陽系冰凍圈和探測地外生命的存在具有至關重要的意義。

太陽系外宜居行星冰凍圈是系外行星宜居性研究的一個熱點。目前,所發現的可能宜居行星絕大多數是潮汐鎖相行星,其背陽面冰凍圈發育的強弱直接影響到朝陽面是否有液態水存在,也影響到這些行星的宜居性。下一代太空望遠鏡也將觀測宜居行星的冰凍圈,我們期待著更多激動人心的科學發現的到來。

胡永雲北京大學物理學院大氣與海洋科學系教授。1986年獲中山大學學士學位,1996年獲美國德州農工大學碩士學位,2000年獲芝加哥大學博士學位,2000—2004年在華盛頓大學和哥倫比亞大學做博士後。中國氣象學會副理事長,國內外多個學術期刊編委。曾擔任北京大學物理學院大氣與海洋科學系系主任和副院長。主要研究領域包括:現代氣候、地球深時氣候和行星氣候及行星宜居性研究。

文章源自:

胡永雲, 楊軍, 魏強. 地球之外的冰雪世界――行星冰凍圈研究綜述. 中國科學院院刊, 2020, 35(4): 494-503

總監製:楊柳春

責任編輯:張帆

助理編輯、校對:PAN

排版:百裡

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    國際天文學家聲稱,僅銀河系中就至少可能有上千億的行星,這個數字遠遠超出人們原有的認識。他們指出,在夜空中無數閃爍的恆星周圍並非黑暗無物。   近期出版的英國科學期刊《自然》報導,研究小組分析了過去多年世界各地天文望遠鏡收集的資料,並特別研究了利用一種名為「引力微透鏡」的新技術得到的數據。
  • 中國大地測量和地球物理學學術大會在蘭州舉辦
    原標題:中國大地測量和地球物理學學術大會在蘭舉辦  中國甘肅網8月24日訊 據甘肅日報報導 (記者 李欣瑤 實習生 付欣雅) 8月23日上午,由國際大地測量學與地球物理學聯合會中國委員會主辦,蘭州大學承辦的第三屆「中國大地測量和地球物理學學術大會
  • 八大行星之外人類未被觀察到太陽系行星-尼比魯星
    尼比魯這個名字,是考古學家西琴先生在發掘中東的蘇美爾人的遺址上,發現的古蘇美爾人的星象圖中的一顆星系,在距今6000年,蘇美爾人就發現了太陽系中的天體,太陽,地球,月亮,以及八大行星,還有被降級的冥王星,但是,除了這些行星之外,還有一顆到現在為止都沒有發現的星體,這就是尼比魯。
  • 知識 | ​什麼是地球系統科學?
    在全球氣候變化研究的驅動下,隨著地球科學的傳統分支學科不斷交叉融合與現代信息技術、觀測技術的快速發展,地球系統科學應運而生。地球系統科學萌芽於全球氣候系統研究。針對全球氣候異常研究,1980年世界氣象組織和國際科學聯合會理事會首次提出了氣候系統的概念,初步勾畫了地球系統的輪廓。
  • 在地球上肉眼可以看見行星嗎?
    這個七政又被稱為七緯或者七耀,是七大行星的總稱,在我國古代日月被歸於行星之屬,當然我們現在知道太陽作為一顆恆星是太陽系的中心,而月球古代也稱為太陰和太陽遙遙相對,也被歸為行星之列。剩下的五大行星就是太白、歲星、辰星、螢惑、鎮星。在史記中有記載「天有五星,地有五行」,金木水火土五大行星也沿用至今。
  • 10000臺行星發動機真的能推動地球嗎?科學家:遠遠不夠
    引言:電影《流浪地球》講述了未來的人類遇到了太陽演變成紅巨星的危機,為了不讓地球被逐漸膨脹的太陽吞噬,最終啟動了「流浪地球」的計劃。在計劃中人類採用行星發動機產生推力來推動地球,那麼一萬臺行星發動機真的能夠推動地球嗎?
  • 我國行星科學研究面臨重要發展機遇
    行星宜居性及演化是行星科學的重大科學問題,其中有很多基礎研究和前沿問題亟須搞清楚。只有夯實這方面的基礎研究,才能為深空探測、尋找地外生命、未來開發和利用太空資源等提供科學依據。  以磁場為例,地磁場在保護地球生命(屏蔽太陽風攜帶的大量高能帶電粒子)、生物導航等方面意義重大。科學家正在形成一個共識,行星磁場既是判斷行星內部活動的一個物理場,也是維持行星宜居性發展的條件之一。
  • 天文學家首次在銀河系發現地球大小的流浪行星
    科學家猜測銀河系存在數十億顆自由漂浮的流浪行星,但到目前為止,在太陽系以外發現的4000顆行星中,僅有少數是銀河系流浪行星,大多數流浪行星體積非常龐大,其質量是木星的2-40倍(一顆木星相當於300顆地球)。目前,天文學家發現一顆與眾不同的神秘星球:體積較小、自由漂浮的行星,其質量與地球相近,在銀河系內部自由漂浮。
  • 高中地理最難章節《行星地球》導學案
    第一課 宇宙中的地球 一、天體與天體系統 天體是指宇宙空間的物質的存在形式。(自然天體/人為天體) 天體的判斷依據: 1.位於地球大氣層之外 2.須是宇宙間的物質 3.非附屬於天體的一部分 那麼判斷一個物體是否為天體的方法我們可以這樣做 一看位置:它是不是位於地球大氣層之外
  • 39倍大的地球長什麼樣?天文學家發現這顆行星,恰是地球的39倍大
    一個比地球大39倍的行星核根據《新華社》7月3日的報導,在距離地球730光年之外的地方,天文學家們竟然找到了一個巨大的行星核,這個行星核足足有39個地球那麼大,它也是迄今為止,已知的最大的一顆巖石行星。
  • 也許在不久的將來,一顆新行星將出現在我們的視野中 - 行星「X」
    這顆假想的行星約為天王星大小,有著超橢圓軌道平面,遠在冥王星軌道之外,研究員將此物體命名為「第九行星」。該行星質量約為地球質量的10倍,與太陽平均距離約為海王星距太陽距離的20倍,完整圍繞太陽運行一周時間約為10,000至20,000地球年。此公告並不意味著在我們的太陽系內真的存在一顆新的行星。
  • 新發現的6顆行星將改變人們對地球地質的認識
    系外行星,顧名思義就是在太陽系之外的行星,通過對它們的研究,可以追溯地球等巖石星球的起源。一組英國科學家發現了六顆離恆星很近的系外行星,它們有可能徹底改變我們對地球地質的認識。
  • 罕見「π行星」被發現,它和地球太像了,上面會有生命嗎?
    銀河系中的行星數量更是數不勝數,但是其中能像地球那樣擁有合適自然環境的星球又有幾個呢?因此每當科學家發現一顆類地行星時,都會引起公眾的關注。根據報導,前段時間美國麻省理工學院的一支天文研究團隊公布了他們的研究成果,該團隊指出他們在觀測太陽系外空間的過程中發現了一顆和地球「長相」類似的行星,並將其取名為「Π星球」。
  • 地球上的水怎麼形成的?這個行星是地球的搬運工,網友:真神奇!
    地球上的水怎麼形成的?這個行星是地球的搬運工,網友:真神奇!這個行星是地球的搬運工,網友:真神奇!可能是一片荒蕪而且所有的物質都是在物理和化學的作用中不斷產生的,那麼地球上這麼豐富的水到底是來源於哪裡呢?科學家也是對此進行了研究,貝努小行星將會為我們解開這個問題。