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宜居星球不只是類地行星 氫海行星上的海洋或能孕育生命

2021-09-15 09:45:13來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)  

在超級(jí)地球和超小海王星之間,還可能存在另外一種行星,即氫海行星。這種行星的氫氣包層很薄,使得海洋表面壓強(qiáng)不是特別大,能夠支撐生命存在。對(duì)K2-18b的觀測(cè)發(fā)現(xiàn),也證明了符合上述構(gòu)想的系外行星是存在的。

鄒遠(yuǎn)川 華中科技大學(xué)物理學(xué)院教授

探索宇宙,尋找外星生命,人類又邁出了一小步。

近日,來(lái)自英國(guó)劍橋大學(xué)的天文學(xué)家認(rèn)為,氫海系外行星或是孕育外星生命的“搖籃”。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表論文稱,他們發(fā)現(xiàn)了一類新的宜居行星,這種系外行星的質(zhì)量是地球的幾倍,擁有巨大的液態(tài)水海洋和富含氫氣的大氣層,被稱為氫海行星。

也許在不久的將來(lái),人類就能夠在一顆意想不到的星球上,發(fā)現(xiàn)地外生命。

宜居星球不只是類地行星

“目前比較可信的氫海行星只有K2-18b一個(gè)。”鄒遠(yuǎn)川直言,氫海行星是一個(gè)擁有主要由氫氣所構(gòu)成的薄大氣層,以及由液態(tài)水(海洋)作為行星表層的系外行星。

這種行星質(zhì)量范圍比較廣,大致在1個(gè)到10個(gè)地球質(zhì)量之間,鄒遠(yuǎn)川說(shuō),以目前的觀測(cè)來(lái)看,氫海行星的質(zhì)量,正好處在人類能觀測(cè)到的地外行星主要質(zhì)量范圍內(nèi)。但其大氣只占總質(zhì)量的百萬(wàn)分之一左右,“氫海行星大氣層很薄,要發(fā)現(xiàn)并確定它們并不容易。”鄒遠(yuǎn)川說(shuō)。

自20世紀(jì)90年代初,人類首次發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)系之外的行星以來(lái),我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)千顆系外行星。在已知的數(shù)千顆系外行星中,絕大多數(shù)行星質(zhì)量在地球和海王星之間,它們通常被稱為超級(jí)地球或超小海王星,大多為大氣富含氫的巖質(zhì)行星和冰質(zhì)巨行星,或介于兩者之間的行星。氫海行星此前就被歸屬于超小海王星。

目前,地球是人類唯一知曉存在生命的天體。在系外行星搜索中,我們始終把尋找生命跡象視為重頭戲。為此,天文學(xué)家主要關(guān)注與地球體積、質(zhì)量、溫度和大氣成分相似的行星,即類地行星。

而在劍橋大學(xué)的最新研究中,研究人員認(rèn)為或許不只有類地行星才宜居,此前曾被認(rèn)定為非宜居行星的氫海行星,也有可能孕育生命。研究小組成員表示,氫海行星在整個(gè)銀河系中似乎極其常見(jiàn),它們可能擁有“極端生物”,如同能在地球上最惡劣環(huán)境中繁衍生息的生物一般。

研究人員認(rèn)為,氫海行星通常比地球更炎熱,其大氣溫度或高達(dá)200攝氏度,具體情況取決于它們的宿主恒星及其與宿主恒星的距離。

盡管氫海行星與地球有著不同的特性,但仍具有容納大型海洋的特征,在富含氫的大氣層下,或存在著行星尺度的巨大海洋。

鄒遠(yuǎn)川介紹,與類地行星相比,氫海行星可能存在于恒星周圍更廣的空間范圍。這就意味著,即使位于宜居帶范圍之外,仍有機(jī)會(huì)找到能夠孕育生命的行星。這個(gè)發(fā)現(xiàn)或可改寫我們對(duì)于“宜居帶”的一般性認(rèn)識(shí)。

氫海行星上的海洋或能孕育生命

鄒遠(yuǎn)川介紹,氫海行星的質(zhì)量在地球和海王星之間。同樣在此質(zhì)量區(qū)間,大多數(shù)超小海王星則沒(méi)有支撐生命存在的條件。大多數(shù)超小海王星的質(zhì)量超過(guò)地球的1.6倍。雖然這一質(zhì)量要比海王星小,但還是太大了,無(wú)法像地球一樣擁有巖質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。“生命不能在氣體中誕生,只能在巖石核上,如果氣體太厚,巖石所處的氣壓太高,生命就無(wú)法存在。”他說(shuō)。

早期對(duì)這類行星的研究認(rèn)為,它們富含氫的大氣之下,壓力和溫度過(guò)高,無(wú)法支持生命存在。而劍橋大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)最近對(duì)K2-18b的研究發(fā)現(xiàn),在某些條件下,這類行星仍有機(jī)會(huì)支持生命繁衍。

這一發(fā)現(xiàn)讓該團(tuán)隊(duì)開(kāi)始對(duì)相關(guān)行星和恒星性質(zhì)開(kāi)展了更加全面、詳細(xì)的調(diào)查,尋找已知或未知的系外行星中哪些可能滿足這些條件,以及是否有機(jī)會(huì)觀測(cè)到它們的生物信號(hào)。

鄒遠(yuǎn)川說(shuō),這類行星還包含潮汐鎖定的暗氫海行星,它們可能只有在永久背陰面具有宜居條件;還包括只能接收到來(lái)自恒星少量輻射的冷氫海行星。

也有研究認(rèn)為,氫海行星有條件支持地外生命存在的觀點(diǎn),更重要的是這類行星的數(shù)量和可觀測(cè)性均高于類地行星,這將大大加速人類對(duì)太陽(yáng)系之外的生命搜索工作。

“最新的研究成果并沒(méi)有推翻之前的行星研究結(jié)論。”鄒遠(yuǎn)川坦言,新研究只是說(shuō)在超級(jí)地球和超小海王星之間,還可能存在另外一種行星,即氫海行星。這種行星的氫氣包層很薄,使得海洋表面壓強(qiáng)不是特別大,能夠支撐生命存在。對(duì)K2-18b的觀測(cè)發(fā)現(xiàn),也證明了符合上述構(gòu)想的系外行星是存在的。

生命形態(tài)極可能是微生物

可以肯定的是,氫海行星為人類在尋找地外生命的道路上開(kāi)辟了一條全新途徑。

劍橋大學(xué)研究人員認(rèn)為,氫海行星大氣中可能存在一些微量的生物標(biāo)記物。不久的將來(lái),人類或許可以通過(guò)光譜觀測(cè)發(fā)現(xiàn)這些標(biāo)記物。

目前,該研究團(tuán)隊(duì)確定了一個(gè)相當(dāng)大的潛在氫海行星樣本庫(kù),這些樣本可以成為下一代望遠(yuǎn)鏡詳細(xì)研究的候選對(duì)象。

同時(shí),僅僅依靠質(zhì)量大小不足以確認(rèn)一顆行星的具體情況,還需從溫度和大氣性質(zhì)等其他方面進(jìn)行更詳細(xì)地研究。

鄒遠(yuǎn)川說(shuō),氫海行星比類地行星尺寸更大、溫度更高,其大氣富含氫,使得它們的大氣特征更容易被探測(cè)到。

他介紹,類似氫海行星這樣的行星,在已知的系外行星中占了大多數(shù)。從光譜上探測(cè)氫海行星大氣中的生物標(biāo)記,需要更加強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡,即將發(fā)射的詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡正是一個(gè)適合用于此項(xiàng)研究的望遠(yuǎn)鏡。

從過(guò)程上看,對(duì)氫海行星的探測(cè)與探測(cè)類地行星是相同的,即先利用專用的行星探測(cè)望遠(yuǎn)鏡找到地外行星,再在其中搜尋可能的候選體,然后利用超大望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行詳細(xì)觀測(cè)。

值得注意的是,雖然氫海行星是一種可能孕育生命的行星,但一方面,可以成為氫海行星的限制條件仍比較多,目前比較可信的候選體也只有一個(gè);另一方面,即便該類行星能夠孕育生命,也極有可能是微生物,因?yàn)闅浜P行堑拇髿庵袥](méi)有氧氣, 無(wú)法支撐需進(jìn)行有氧呼吸的大型動(dòng)植物存活。

鄒遠(yuǎn)川介紹,對(duì)于尋找地外生命,目前的主流還是搜尋類地行星。如2009年至2013年,美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)使用的開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡;2018年發(fā)射、設(shè)計(jì)壽命到2020年但目前依然在服役的TESS小型空間望遠(yuǎn)鏡;歐洲航天局在2015年發(fā)射、設(shè)計(jì)使用到2025年的PLATO空間望遠(yuǎn)鏡,都是主要的地外行星發(fā)現(xiàn)者,但目前還沒(méi)有探測(cè)到一顆真正意義上的另一個(gè)地球。

鄒遠(yuǎn)川說(shuō),目前我國(guó)上海天文臺(tái)研究員葛健提出了地球2.0計(jì)劃,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè),有望找到質(zhì)量、體積、軌道周期等各項(xiàng)參數(shù)都和地球一致的“姐妹星”,再利用大型望遠(yuǎn)鏡對(duì)該行星進(jìn)行有針對(duì)性的長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)(包括成像和光譜觀測(cè)),在鄒遠(yuǎn)川看來(lái),這將是最有可能找到地外生命的方式。

責(zé)任編輯:hnmd003

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