摘要:这篇文章的实质是,可居住性太复杂,一门科学学科无法确定,需要一种整体的或高度综合的方法,以获得一种更实际的方法来确定哪一颗系外行星可能适合居住。一个可行的,更详细的外行星内部模型,不仅基于大气,而且基于行星盘组成和条件,可能是必要的。

行星的可居住性将取决于行星的内部

许多关于系外行星可居住性的讨论都集中在它们与恒星的距离和水的存在上。这是有道理的,因为这些都是严重的限制因素。但这些行星特征实际上只是宜居/非宜居讨论的起点。在行星内部发生的事情也很重要。

有一系列几乎令人困惑的因素使地球成为一个维持生命的星球。大气层,水,与恒星的距离。恒星的类型及其稳定性,行星的轨道稳定性,它在银河系中的位置。这些只是人们经常讨论的一些问题。其他更深奥的因素,如月球的大小,也可能起到至关重要的作用。

“宜居的核心在于行星内部。”

地球熔化的核心,通过创造保护我们不受太阳死亡射线影响的磁层,在地球的可居住性方面起着至关重要的作用。虽然我们可能熟悉地球核心允许居住的那一方面,但它的内部成分在其他方面也有所贡献。

卡内基研究所(Carnegie Institute)的一组研究人员在“科学”杂志上发表了一文章,敦促研究人员在确定宜居性方面扩大研究范围。这篇文章的实质是,可居住性太复杂,一门科学学科无法确定,需要一种整体的或高度综合的方法,以获得一种更实际的方法来确定哪一颗系外行星可能适合居住。

随着我们观察力的增强,科学家们认为,我们确定宜居性的方法也必须不断发展。

目前,科学家可以探测到一颗外行星,确定它与恒星的距离,限制它的质量和密度,然后从那里对潜在的可居住性进行概率猜测。这项工作的重点是试图确定一个行星的大气层可能是什么。但是即使我们确定它的大气层是合适的,我们真的只剥了洋葱的第一层。正如他们在文章中所说,“人类将建立一个气体包层信息库,这些气体包层仅占系外行星质量的百万分之一。”

然后呢?那这个星球的其余部分呢?它决定了可居住性吗?

行星的可居住性将取决于行星的内部

我们对行星适居性的判断很大程度上依赖于我们对宜居区的理解,而宜居区是离恒星很远的地方,它允许液态水的存在。这篇文章背后的科学家说我们需要走得更远。该科学团队成员包括阿纳特·沙哈尔(Anat Shahar)、彼得·德里斯科尔(Peter Driscoll)、艾丽西亚·温伯格(Alycia Weinberger)和乔治·科迪(George Cody)。在他们的文章中,他们谈到了地球内部决定其可居住性的许多方式。

该团队承认,从我们搜寻行星的角度来看,一切都是从大气层开始的。大气发出的诱人信号,如氧气的存在或化学成分的失衡,可能是生命和适宜居住的迹象。但还远远不是决定性的。

大气是复杂的、动态的东西。它们受到各种输入的影响,从地球内部的化学物质来源到地球内部作为化学物质沉淀的能力。它们总是在不断变化,需要某种类型的长期稳定,才能让生命繁荣昌盛。

每个人都熟悉地球的水循环,但也有其他循环在起作用。当火山爆发,岩浆通过喷口到达地表时,化学物质被释放出来,然后再循环到地壳中。如果某些化学物质被允许积聚起来,它们将严重限制生命的前景。在论文中,作者以碳为例,大气过程可以将碳从大气中除去并带到海底。在那里,它们被再循环回到构造板块之间的俯冲带内部。

行星的可居住性将取决于行星的内部

地球内部通过俯冲作用对大气稳定起着重要作用

他们的观点是,如果你不知道地球的内部过程,你就不能真正地判断大气。

但这不仅仅是内部的影响可居住性的过程,也是组成可居住性的一部分。

行星的基本结构是一致的,包括氧、硅和铁。但是这些元素的数量和比例会有很大的不同。这是由行星形成的原行星盘中的条件决定的。正如他们在文章中明确指出的那样,这些元素的数量以及它们在行星形成过程中的处理方式可能有很大的不同。

行星的可居住性将取决于行星的内部

与阿塔卡马大型毫米波阵列拍摄的HL-Tau行星形成盘的图像。圆盘内部的条件决定了行星的最终可居住性。

它们在行星上的最终成分也会因原行星盘中的条件而变化。例如,太阳系早期巨行星的形成会影响后来形成的行星的组成。在确定可居住性方面,所有这些变化都会产生一系列令人眼花缭乱的变数。

他们所主张的是一种寻找宜居性的新方法。他们提出了一种更多跨学科的方法来实现这一点。正如他们所说的那样,“对这些过程进行连贯研究所需的研究不能由科学家在单独的一门学科中进行。”

他们提议进行实验研究,重点研究矿物物理学,以及更多关于星盘和行星盘组成的观测研究。这一新的知识将被用来建立一个更好的模型来理解宜居性,这将使我们比依赖液态水、大气成分、接近恒星以及我们用来确定宜居性的其他因素更进一步。

那么,科学家们在试图确定可居住性时,没有给予行星内部足够的权重吗?答案是:可能。

也许我们需要一个更有层次的系外行星分类系统。一级宜居性可以表示最基本的适居性要求。靠近一颗合适的恒星,很可能存在液态水,诸如此类的东西。由此,可以根据越来越严格的条件对不同的层次进行编撰。

行星的可居住性将取决于行星的内部

图示显示一颗恒星的光照亮了一颗行星的大气层。在不久的将来,更强大的望远镜将使我们能够了解系外行星大气层的组成,甚至可能拍摄一些照片。但这并不能告诉我们一个人是否适合居住。

拉默尔等人在2009年的论文“是什么让一个星球变得适宜居住?”中提出了类似这样的观点。但是他们的四级分类系统并没有对系外行星的内部进行太深入的研究。在2012年的一篇名为“宜居行星的可能性”的论文中,弗朗索瓦·福格特(Francois Forget )详细叙述了拉默尔的分类系统。在更深入地挖掘行星物理过程之前,必须先了解行星的分类系统。

一个可行的,更详细的外行星内部模型,不仅基于大气,而且基于行星盘组成和条件,可能是必要的。在不久的将来,更强大的望远镜将帮助我们更多地了解系外行星,甚至可能为我们提供一些系外行星的实际图像。

但是,如果该文章背后的团队是正确的,这将不足以确定宜居性能力。我们需要剥下更多的表象,这可能需要他们设想的更为复杂的模型。

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