決定系外行星生命存在的因素——潮汐鎖向及母星有至關重要的關係

實際上太陽只是銀河系中一顆極其普通的恆星，僅僅在銀河系中就有2000億~4000億顆恆星，而已知的宇宙已經包含了10 ^11的銀河系，隨著幾十年來一系列的天文學觀測表明，我們所處的太陽系只不過是茫茫宇宙中極其普通的一個恆星系，除了我們人類和其他生靈生活在地球以外，就再也沒有什麼特殊的地方了，很難想像地球是宇宙中唯一具有生命的特殊行星。

1995年人類正式開啟了系外行星的搜索時代，20年來天文學家發展了視向速度法，凌星法，引力透鏡法等一系列搜尋系外行星的方法，並且已經成功地對部分系外行星進行了光譜觀測和直接成像，使這些曾經隱藏於望遠鏡能力極限外的天體呈現在我們眼前，自1995年第1顆太陽系外行星被發現後到現在人類一共確定了4302多顆系外行星，還有數千顆候選行星，而這個數量目前也一直在迅速的增加著，人類發現的系外行星比之前20年內發現的都要多，所以可以預見的是以後會有更多的系外行星被發現。

圖解：系外行星

決定生命存在的因素

• 溫度

目前公認的宜居的類似地球生命存在的最關鍵的條件是液態水的存在，因此一顆行星是否適宜生命存在的關鍵是其表面溫度能否保持液態水的長期存在，也就是說其表面溫度介於0℃~70℃，如果行星的表面低於0℃行星將是冰封的，如果高於70℃行星將進入溫室逃逸狀態，其表面的液態水將被完全蒸發進入大氣層並最終被光解。因為行星表面的溫度在很大程度上取決於它與恆星之間的距離，所以說上面所說的溫度範圍意味著只有行星處於距離恆星適當的帶狀區域內才有可能是宜居的，如果距離恆星太遠行星的表面溫度降太低而全面進入冰封，如果太近則進入溫室逃逸狀態。

圍繞恆星的帶狀區域通常稱為恆星的宜居帶，對於太陽系來說，地球基本處於太陽宜居帶的中心，而金星超出了宜居帶內側範圍，火星則位於太陽宜居帶的外側邊緣，所以金星很可能在早期經歷了溫室逃逸過程，而且現在表面的溫度高達480℃已沒有液態水的存在，而火星的表面溫度則低達零下60℃，也不太可能有生命的存在。

• 恆星位置

一般來說不同的恆星它的宜居帶是不同的，恆星的質量越大溫度越高，它的宜居帶就離它越遠，例如一顆發光度是太陽25%的恆星，它的宜居帶在大約在0.5個天文單位的附近，其發光度是太陽度兩倍的恆星它的宜居帶大約在1.4個天文單位，而數量最多的紅矮星宜居帶大約在0.1個天文單位的區域，這是因為發光度遵循平方反比定律。

• 大氣層

如果一個行星有著與地球相似的大氣構造與厚度時，系外行星的宜居帶中心的行星必然有著與地球相似的平均溫度，不僅要處在宜居帶恆星自身也不能太大或者太小，恆星的體積過小引力就會過弱而不足以維持大氣層而且內部能量會快速散失並無法維持任何的地質活動，而體積過大的行星基本上都是像木星這樣的氣態行星，它們沒有巖石質地同樣無法孕育生命。

第1顆可能適合人類生存的類地行星——吉利斯581c

目前天文探測技術更易於探測距離恆星較近的行星，而紅矮星又是宇宙中數量最多的恆星，佔宇宙恆星總數的75%，目前所發現的系外行星中80%都是處於紅矮星附近的，例如發現的第1顆可能適合人類生存的類地行星——吉利斯581c，它的母星吉利斯581就是一顆位於天秤座 β星以北附近 2°的紅矮星，距離地球約20.4光年，這顆系外行星是由歐洲的天文學家在2007年的4月發現的，它的質量是地球的5.5倍，大小是地球的1.5倍，該行星表面溫度在0℃~40℃之間，水可以處於液體狀態，因此類似於我們這樣的生命是有可能存在於這顆星球並且存活下來的。

2008年和2009年已向這顆星球發送了來自人類的問候，在由社交網站和科學雜誌組織的兩場活動中收集了代表地球生活的美好與繁榮，並把這些信息通過烏克蘭和澳大利亞的射電望遠鏡發給了吉利斯581的行星系統，如果那裡有著和我們科技水平相當的智慧文明，估計在2029年它們就會收到我們的問候了，如果它們做出回應最快在2049年的時候，我們就能收到來自於它們的消息了。

圖解：吉利斯581c

比鄰星行星系統也可能存在著一顆適合生命存活的行星——比鄰星b

比鄰星b的母星比鄰星，也就是半人馬座 α星C是一顆紅矮星，半人馬座α星共包括三顆恆星分別為：

• 半人馬座α星A
• 半人馬座α星B
• 半人馬座α星C

其中半人馬座α星A與半人馬座α星B它們是一對雙星，距離太陽約4.24光年，而第3個成員半人馬座α星C是一顆紅矮星，通常被認為是這個恆星系的一部分，距離太陽只有4.22光年，是已知的距離太陽最近的一顆恆星，這三顆恆星所組成的系統是穩定的，比鄰星是三顆恆星中質量最小最暗淡的那顆，但是它卻是最受關注的那顆，比鄰星的視星等只有11等，肉眼根本看不到。

歐洲南方天文臺的光譜儀還能在視線的方向上監測比鄰星的位移，探測發現比鄰星有時會以5000m/h的速度靠近地球，有時又會以相同的速度遠離地球，5000m/h這個速度僅僅是人類步行的速度，4光年以外如此微小的變化也難逃離科學家的法眼。

在行星圍繞恆星運轉時，行星的引力作用會令恆星在視向方向上產生微小的變化，這些變化會反映在恆星的光譜中的吸收線上並呈現非常微弱的都卜勒效應，天文學家可以據此推算出比鄰星附近行星的相關數據。2016年8月，歐洲南方天文臺宣布在比鄰星的周圍發現一顆行星，這顆行星被命名為——比鄰星b。比鄰星b的質量大約是地球的1.2倍~1.3倍，與比鄰星之間的距離大約是0.04 7個天文單位，公轉周期為11天，其位置剛好處於宜居帶中，表面溫度支持液態水的存在。

潮汐鎖向會產生非常嚴重的問題

目前找到的宜居帶的行星幾乎都是距離紅矮星很近的行星，這類行星和地球相比有一個很大的區別，那就是潮汐鎖向，所謂潮汐鎖向就是指行星的一面永遠面對著母星，而另一面永遠背對著母星，這種情況與地球和月球的關係相似，月球就被地球潮汐鎖向，我們在地球上永遠只能看到月亮的一面，而不能看到它的另一面。恆星與行星的長期鎖向會產生一個非常嚴重的問題，那就是加熱不均，朝陽面會一直因為恆星的照射而溫度較高，而背陽面會因為得不到恆星的輻射而極度寒冷，這樣的星球真的有適合生命存活的可能嗎？

這種不均勻的溫度帶來的問題就是行星的背陽面會出現一種叫做大氣坍縮現象，任何大氣成分都有其凝結點和凝固點，在地球上氮氣，氧氣和二氧化碳的凝固點分別是-210℃，-219℃和-78.5℃，當地球的溫度低於這些溫度時二氧化碳，氮氣和氧氣將相繼降落到地面，特別是當氧氣都沉到地面以後地球上將會沒有大氣層或者只有較為稀薄的大氣層。

潮汐鎖向的行星它的背陽面由於陽光照射不到溫度有可能極低，大氣成分有可能全部沉降到背陽面形成所謂的大氣塌縮現象，這樣在不考慮溫室效應的前提上，即使行星的溫度合適了在沒有大氣層的情況下，生命還是很難存活的，對於這個問題我們可以不用悲觀，因為還要考慮到熱量的傳遞，如果朝陽面向背影面的大氣熱量輸送，能夠使得背陽面的溫度上升足以阻止二氧化碳沉降的話，那麼大氣塌縮現象就不會發生，當行星表面達到0.1~0.15個大氣壓時，大氣塌縮現象確實就不會發生在這些行星上了。

紅矮星對生命也有著考驗

紅矮星的恆星活動比較頻繁劇烈，有時候紅矮星的表面會覆蓋大量黑子把能量輸出降低到平時的40%以下，這樣的情形就可能導致行星的全面冰凍，而有時紅矮星就會在幾分鐘內變得十分活躍，不但向行星輸送大量的能量還會產生許多高能粒子侵蝕掉行星的大氣層，這對行星的護盾磁場來說是一個嚴重的考驗，以地球的磁場強度是無法在紅矮星的身邊保護自己的大氣層的，另外紅矮星的磁場更強，強度高達太陽的數百倍，強磁場會壓制其行星的磁場，甚至完全摧毀行星對高能粒子的屏蔽作用，讓太陽風威脅地表的生命。

紅矮星從形成到主序階段的時間較長，一般需要上億年的時間，而在這最初的幾億年的時間中，紅矮星的能量輸出要比主序階段多得多，隨著它逐漸安定下來，它的宜居帶才會漸漸地向內收縮，這時候就會造成一個問題，那就是主序階段的宜居行星它最初是像金星這樣因為溫度過高而沒有水的行星，如果沒有水即便處在宜居帶也是無濟於事的，雖然紅矮星附近的行星是目前發現最多的行星，但是由於大氣坍縮問題，由於恆星活動比較頻繁的問題，由於恆星的移居帶向內收縮的問題，紅矮星附近的行星是否具備生命存活的條件還是一個未知數。

結語·宇宙中出現生命的概率

當我們發現的研究的類地行星數量多到一定的情況下就會發現有各種條件都特別合適的地方，例如羅斯128這顆紅外星就是一顆相比於其他紅矮星都安靜的行星，它的恆星活動不頻繁也沒有那麼劇烈，而它的附近就有一顆位於宜居帶的行星——羅斯128b。

圖解：羅斯128b

宇宙是足夠大的，等待我們發現和研究的目標也足夠多，雖然可能發現外星人的努力得到的結果是肯定這樣一個事件是一個小概率的事件，但是學過統計學的人都知道小概率的事件一次不會發生，但是如果我們一直不停的重複著這個小概率事件，存在大量重複實驗的情況下，這種小概率的事件就一定會發生，因為我們知道宇宙中出現生命的概率是大於0的。

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