潮汐鎖定行星未必就是「冰火兩重天」

2020-12-05 人民網

原標題：潮汐鎖定行星未必就是「冰火兩重天」

　　■新知

　　宇宙中有著這樣一種奇妙的關係——潮汐鎖定——由於引力的作用，行星或衛星的自轉周期與其公轉周期相同，使得行星或衛星永遠以同一面對著其圍繞公轉的星體，就像地球和月亮。根據之前的理論，如果潮汐鎖定發生在恆星和行星之間，行星上的朝陽面和背陽面，會因為熱量不均而造成「冰火兩重天」，事實真的如此嗎？

　　日前，北京大學物理學院大氣與海洋科學系胡永雲教授與其芝加哥大學和普林斯頓大學的合作者在太陽系外行星氣候和宜居性方面的研究取得新的進展。他們的研究結果表明，水不可能因為潮汐鎖相行星背陽面的寒冷而被完全凍結在那裡。因為液態水是生命存在所必須的，所以，該結果對確認系潮汐鎖相行星的氣候、宜居性和探測適宜生命存在的行星有著極為重要的意義。

　　胡永雲教授等的研究目標是紅矮星附近的宜居行星。這是因為紅矮星大約佔宇宙恆星總數量的80%，是宇宙中數量最多的恆星，而且，紅矮星的宜居行星距離其母星較近，易於被探測到。因此，宜居行星很可能首先在紅矮星附近被發現。這類宜居行星的特徵是它們被引力鎖相，也就是行星的一面永遠面對紅矮星（永久白天），而另一面永遠背對紅矮星（永久黑夜）。

　　這類行星的特殊運行方式勢必造成其朝陽面和背陽面之間的加熱不均勻，由此而產生的一個嚴重的問題是，儘管它們的朝陽面溫度適於液態水存在，但其背陽面由於得不到恆星輻射而極端寒冷，以至於所有的大氣和水分都被凍結在背陽面，從而不適宜生命存在。

　　胡永雲接受科技日報記者採訪時表示，根據他此前的研究結果表明，對於一個海洋世界的行星來說，大氣和海洋自朝陽面向背陽面輸送的熱量，足以溫暖背陽面，不僅大氣層不會在背陽面凍結，水分也不會在背陽面凍結。在本項研究中，他們考慮了在陸地存在的情況下液態水是否完全被凍結在背陽面。

　　胡永雲解釋說，假定背陽面完全是陸地，而朝陽面完全是海洋，數值模擬給出了背陽面陸地上的冰川厚度，陸地最大冰蓋厚度只有大約2公裡。如果朝陽面海洋深度與地球海洋的平均深度相當（4公裡），那麼，朝陽面仍將有2公裡深的海洋，足以維持生命的存在。與此相反的情況是，如果朝陽面完全是陸地，而背陽面是海洋，則背陽面的海洋才有可能完全被凍結。他說，考慮到陸地板塊是運動的（如地球），其它類地行星的大陸也應該是不斷運動的，陸地永久性地集中在朝陽面的可能性極低。因此，液態水完全被凍結在背陽面的情況是很難發生的。

　　對於位於紅矮星宜居帶的類地行星，科學家們對其是否適宜生命存在的擔心來自三個方面：紅矮星較強的超紫外輻射是否有損行星表面的有機生命和加速大氣逃逸、大氣成分是否由於其背陽面太冷而坍塌、水分是否完全凍結在其背陽面。就目前的研究結果來看，第一點還無法確定，後面兩點似乎不用太擔心。

(來源:科技日報)

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