研究表明生命的誕生條件，可能需要小行星和彗星的撞擊才行

2020-10-03 科學之美

一個有生命星球的「配方」是什麼？天文學家還不確定，但除了地球之外還沒有發現其他任何星球上有生命。但也有一些有根據的猜測：生命可能需要水、碳和足夠的光和熱來驅動一個星球，而不是把星球燒成碎片，引力不應該太高，大氣也不會造成傷害。但一項新的研究提出了另一個關鍵因素：需要適量的主要小行星和彗星撞擊。劍橋大學天文學家、研究的主要作者馬克·懷亞特(Mark Wyatt)表示：

當一個較大天體（小行星和彗星等）撞擊行星時，會發生兩件事：來自該天體的物質被添加到行星中，以及撞擊區域周圍的一些大氣被踢入太空。在真正巨大的撞擊中，比如形成地球衛星月球的撞擊，一些大氣層也從地球的另一邊被踢出，這意味著更多的東西丟失了。但這並不意味著一個想成為一個有生命的世界應該完全忽略這些影響。

如果一顆行星要發展出被認為是生命所必需的條件，最好是屬於吸收大量主要撞擊的中等類別行星，但不要太多以至於會失去了大氣層。這是因為行星幾乎需要大氣層中的「揮發物」來孕育生命，揮發物是化學物質，如水和二氧化碳，可以在低溫下沸騰。我們所知的所有生命都依賴於水和碳來維持基本化學水平，科學家認為，這些化學物質的特性，使得它們成為宇宙中任何地方出現生命所必需的。

但並不是所有行星都是從必要的揮發物濃度開始，在生命的早期，恆星要明亮得多。這種額外的光芒足夠熱，足以烘烤該區域內所有行星上鬆散的塵埃，這些行星將成為恆星的宜居區（不太熱，不太冷的區域）。這些炎熱的早期溫度，可能會剝離塵埃中的水和其他揮發物，最終成為適合居住的行星。因此，在行星形成和恆星「降溫」之後，這些巖態行星需要從太陽系的其他地方獲取揮發物，換句話說，必須要能被一大堆迷路的小天體撞上。研究人員發現，傳遞揮發物而不剝離行星大氣層的最佳候選對象是中等大小的天體。

研究人員發現，從60英尺寬(20米)到3300英尺寬(1公裡)的小行星和彗星的撞擊在傳遞揮發物方面非常有效，而且往往會增加更多的大氣，而不是減少更多。較大的小行星，直徑在1至12英裡(2至20公裡)之間，能於剝離比所能增加的更多大氣。研究發現像形成地球衛星月球的巨大撞擊，這樣的事件非常罕見，雖然它們可以改變大氣的組成，但不會完全消除它。小的「M型」恆星是最常見的一類恆星，太暗而無法用肉眼看到，其中許多是紅矮星很可能是不適合生生命的候選恆星。

這一點意義重大，因為在這類恆星周圍出現了大量可能適合居住的系外行星。對於M型恆星來說，低光度意味著宜居區比像太陽這樣的恆星來說，距離上更接近恆星。為了獲得足夠的光線，圍繞M型恆星旋轉的類地行星可能必須像水星與太陽的距離一樣接近該恆星。更糟的是，就在一顆小而質量低的恆星旁邊，小行星和彗星以更快的速度飛行，並以更戲劇性的速度撞向行星，高速撞擊在剝離大氣方面更加有效。

這對生命來說是個壞消息，而且這並不是使這樣的星球上，生命不太可能的唯一因素。牛津大學系外行星大氣專家薩拉·魯格海默(Sarah Rugheimer)表示：圍繞M矮星運行的宜居行星，可能沒有大氣層的原因有很多，包括脫離恆星風，以及行星更靠近它們的宿主恆星。

那麼，有生命的希望嗎？

研究人員認為，最終，我們將在[詹姆斯·韋伯太空望遠鏡]發射後不久用觀察性的方式回答這個問題：圍繞M矮星運行的宜居行星有大氣嗎？我們知道，繞M矮星運行的溫度稍高、體積較大的行星確實有較厚大氣層。但對於可居住的行星來說，這個問題仍然存在：它們能否保持足夠薄的大氣層，就像地球而不是金星那樣？研究的許多結論都是基於不確定因素：生命在哪裡形成？外面的其他恆星系統與太陽系有多少相似之處？沒有參與這項研究的密西根大學行星形成和水專家埃德溫·伯金(Edwin Bergin)表示：

同意研究的兩位作者觀點，即在這篇研究論文背後的計算中存在他所稱的「重大複雜性」，但呈現的總體趨勢非常有趣，可能是重要的。此前研究表明，地球一開始是從更厚的富含氮大氣開始，但由於撞擊而失去了大部分。本研究的新模型中提出，彗星和小行星的撞擊可能塑造了地球、火星和金星的大氣層。沿著這條路，關於這項研究如何解釋我們的太陽系，特別是巨大撞擊在這裡的作用，還有更多的需要了解。其研究還沒有發表在同行評議的期刊上，但現已發表在《arXiv》上。

博科園｜文：Rafi Letzter/Live Science

參考期刊《arXiv》

Cite: arXiv:1910.10731

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