太陽系外宜居行星有了新線索

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太陽系外宜居行星有了新線索

北大物理學院大氣與海洋科學系教授胡永云研究團隊日前在美國科學院院刊發(fā)表研究成果，證明了海洋熱量的輸送能有效改變圍繞“紅矮星”運行的宜居行星的氣候環(huán)境和宜居性，并能極大改變太陽系外行星適宜生命存在的空間模態(tài)。這一新結(jié)論，對認識系外行星適宜生命存在的可能性與未來探測適宜生命存在的行星，都具有重要的理論價值。

地球生命在宇宙中是否惟一，太陽系外是否存在適宜生命存在的星球，始終是人類不斷探索的問題。自1995年發(fā)現(xiàn)首顆太陽系外行星到2013年12月28日為止，已有1056顆系外行星被確認，其中12顆被認為有可能適宜生命存在。這12顆行星均為質(zhì)量略大于地球的固態(tài)星球，通常稱為“超級地球”。針對這些行星上氣候、環(huán)境如何，其變化受哪些因素影響的問題，目前科學界公認：適宜類似地球生命存在的最關(guān)鍵條件是液態(tài)水的存在，因此行星適宜生命存在的關(guān)鍵在于表面溫度能否保證液態(tài)水長期存在—表溫介于約0至70攝氏度間。

此次胡永云教授團隊將研究目標定為“紅矮星”附近的宜居行星，緣于“紅矮星”是宇宙中數(shù)量最多的恒星（占宇宙恒星總量約80%），且該類恒星輻射溫度較低，較易探測。但同時，由于“紅矮星”與其宜居行星距離太近，恒星與行星間較強的引力導(dǎo)致行星的一面永遠面對“紅矮星”（永久白天），另一面永遠背對“紅矮星”（永久黑夜）。該類行星朝陽面溫度適于液態(tài)水存在，背陽面得不到恒星輻射而極端寒冷，所有大氣和水分都被凍結(jié)于背陽面，不適宜生命存在。

對此，我國科學家首次強調(diào)了海洋熱量輸送對鎖相行星氣候的影響，進行了兩種不同數(shù)值模擬試驗，一為不考慮海洋熱量輸送，二為考慮海洋熱量輸送、海冰運動以及海冰-反照率反饋等物理和動力過程；而此前，所有關(guān)于系外行星宜居性的研究均未關(guān)注海洋氣候效應(yīng)。

胡永云教授團隊依據(jù)地球氣候中海洋熱量輸送對氣候重要性與大氣熱量輸送同等重要，同時依據(jù)行星質(zhì)量愈大、包含水分愈多，且超級地球重力較大、山峰較低，行星表面極可能完全被海洋覆蓋，假定“超級地球”是一個“水世界”。最終的試驗結(jié)果證明：在大氣和海洋自朝陽面向背陽面輸送熱量的情況下，不僅大氣層不會在背陽面坍塌，水分也不會凍結(jié)在背陽面。相反，海洋熱量輸送能有效擴大開放海域面積，極大改變宜居行星的氣候空間模態(tài)。科學家進一步論證，如果“紅矮星”附近的超級地球確為海洋世界，那么這類行星將只能位于紅矮星附近相對狹窄的范圍內(nèi)—如距離母星太近，海洋熱量輸送將使行星進入溫室逃逸狀態(tài)，如太遠，又會使其進入全冰封狀態(tài)。換言之，海洋的存在將使傳統(tǒng)上所認為的恒星周圍的宜居帶變窄。

摘自2014年1月3日《文匯報》