發現不僅系外行星上有水，而且衛星上也有，生命或許不止於地球！

2020-10-18 博科園

幾年前行星科學家林奈·奎克開始懷疑，在已知的4000多顆系外行星中，是否有任何一顆可能與木星和土星周圍一些含水衛星相似。雖然其中一些衛星沒有大氣層，並且被冰覆蓋，但它們仍然是美國宇航局（NASA）尋找地球以外生命的首要目標之一。土星的衛星土衛二和木星衛星木衛二就是很好的例子，科學家們將其歸類為「海洋世界」。美國宇航局專門研究火山和海洋世界的行星科學家奎克說：

從木衛二和土衛二噴出的水柱，可以斷定，這些天體的冰殼下面有地下海洋，它們有驅動這些羽流的能量，這是我們所知生命的兩個必要條件。因此，如果認為這些地方可能是宜居的，那麼也許其他行星系統中的這些地方也是宜居的。假設很多星系中存在類似於木衛二和土衛二的行星衛星。而且，它們在地質上是否也足夠活躍，可以將地下羽流射入它們的表面，有朝一日可能會被望遠鏡探測到。

通過對數十顆系外行星（包括TRAPPIST-1系統中的行星）的數學分析，研究人員了解到了一些重要的東西：研究的系外行星中，超過四分之一可能是海洋世界，其中大多數可能在表層冰層下藏匿著海洋，類似於木衛二和土衛二。此外，這些行星中的許多可能比木衛二和土衛二釋放更多能量。有朝一日，科學家們或許可以通過測量系外行星發出的熱量，或者通過探測行星大氣中分子發出光中的火山或冷火山（液體或蒸汽，而不是熔巖）噴發，來檢驗這些預測。

宜居世界

目前，科學家們還不能看到許多系外行星的任何細節，因為實在太遠了，被星光淹沒了。但是，通過考慮唯一可用的信息（系外行星的大小、質量和與其恆星的距離），科學家可以利用數學模型和對太陽系的理解，試圖想像可能正在將系外行星塑造成宜居世界的條件。這些數學模型中的假設是有根據的猜測，可以幫助科學家縮小有希望的系外行星名單，以尋找有利於生命的條件，以便美國宇航局（NASA）未來發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡或其他太空任務可以後續進行研究。

未來尋找太陽系以外生命跡象的任務，將集中在像地球這樣擁有豐富全球生物圈的行星上，這些生物圈如此豐富，以至於正在改變整個大氣層的化學成分。但在太陽系中，遠離太陽熱量的冰凍衛星上有海洋，它們仍然顯示出它們具有生命所必需的特徵。為了尋找可能的海洋世界，研究團隊選擇了53顆大小與地球最相似的系外行星，儘管它們的質量可能高出8倍。科學家們假設，這種大小的行星更多的是巖態行星，而不是氣態行星，因此，更有可能在其表面或表面以下支撐液態水。

自開始研究以來，至少又發現了30多顆符合這些參數的行星，其研究發現發表在《太平洋天文學會》期刊上。確定了地球大小的行星後，研究團隊試圖確定每顆行星能產生多少能量，並以熱量的形式釋放出來。研究小組考慮了兩個主要的熱源，第一種是放射性熱能，由行星地幔和地殼中放射性物質的緩慢衰變產生，歷時數十億年。衰變的速度取決於行星的年齡和地幔質量，其他科學家已經為地球大小的行星確定了這些關係。

因此，研究團隊假設每顆行星的年齡與其恆星相同，其地幔佔行星體積的比例與地球地幔相同。接下來，研究人員計算了其他方式產生的熱量：潮汐力，這是當一個物體圍繞另一個物體運行時，重力牽引產生的能量。行星在橢圓形的軌道上繞著它們旋轉時，會移動它們與恆星之間的距離。這會導致兩個物體之間的引力發生變化，並導致行星「伸展」，從而產生熱量，最終熱量通過表面散失到太空中。另外就是通過火山或冰冷火山，另一種途徑是通過構造，這是一種地質過程，負責行星或衛星最外層的巖石或冰層運動。

有水系外衛星

無論熱量是以哪種方式釋放出來，知道一顆行星排出了多少熱量都是很重要的，因為它可能決定是否適合居住。例如，太多的火山活動可能會把一個宜居世界變成一個熔化地獄。但是，太少的話可能會關閉組成大氣的氣體釋放，留下寒冷、貧瘠的表面。恰到好處的量可以支持像地球這樣宜居、潮溼的行星，或者像木衛二這樣可能宜居的衛星。在接下來的十年裡，美國宇航局歐羅巴快艇將探索歐羅巴的表面和亞表面，並提供關於表面下環境的洞察。

科學家對木衛二和太陽系其他潛在宜居衛星的了解越多，就越能更好地了解其他恆星周圍類似的世界，根據發現，這可能是豐富的。即將到來的任務將給我們一個機會，看看太陽系中的海洋衛星是否可以支持生命，如果發現生命的化學信號，就可以嘗試在星際距離尋找類似的信號。當韋伯望遠鏡發射時，科學家們將試圖檢測TRAPPIST-1系統中一些行星大氣中的化學特徵，該系統位於寶瓶座，距離地球39光年，有7顆地球大小的行星。

科學家通過確定每一顆行星的表面溫度，預測這些系外行星上有海洋。這些信息是通過每顆行星反射到太空中的恆星輻射量來揭示，每顆行星密度以及與地球相比它產生的內部熱量的估計數量。如果看到一顆行星的密度比地球密度低，這表明那裡可能有更多的水，而沒有那麼多的巖石和鐵。如果行星的溫度允許液態水存在，也就有了海洋世界。但如果一顆行星的表面溫度低於32華氏度(0攝氏度)，那裡的水被凍結，那麼就會有一個結冰的海洋世界，而這些行星的密度甚至更低。

博科園｜研究/來自：美國宇航局戈達德太空飛行中心

研究發表期刊《太平洋天文學會》

DOI: 10.1088/1538-3873/ab9504

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