一些“适居带”行星可能对生命而言太热

一项新研究质疑“宜居带”行星是否能散发内部热量 

这幅艺术印象图展示了比邻星 b 行星表面的景象,该行星围绕着红矮星比邻星运行,比邻星是离太阳系最近的恒星。双星半人马座阿尔法星 AB 也出现在图像中。

从一开始就很热的行星可能会一直保持高温,无论它们离恒星有多远。

一项新的研究表明,与普遍的看法相反,行星的温度并不总是随着时间的推移而稳定下来,因此,热血行星可能难以保持液态水——即使它们位于恒星周围的温带区域,也就是所谓的“适居带”。

耶鲁大学地球物理学家、研究作者小根良和俊告诉 Space.com:“位于宜居带并不足以期望行星像地球一样演化。” “即使你放置一颗具有类似地球化学成分的行星——适量的水等等——如果它一开始太热或太冷,它也可能不会像地球一样演化。” [10 颗可能存在外星生命的系外行星]


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散发热量

在过去的 60 年里,大多数科学家都认为行星的内部温度通常会稳定在“恰到好处”的水平。

例如,来自 地球核心的热量通过地幔上升,并通过地壳释放出来,这一过程被称为地幔对流。 因为地幔对流随着内部温度的升高而加速,所以释放的热量应该或多或少等于行星核心产生的热量,人们一直这样认为。

小根良和俊说:“这类似于温血动物如何通过出汗来降低体温。”

然而,通过研究地球的地幔,小根良和俊发现行星不一定会达到这种平衡点。 随着自 20 世纪 60 年代提出该想法以来计算机模拟的改进,更真实的地幔对流模型揭示了原始理论的问题。

小根良和俊说:“如果地幔是由非常简单的材料(例如玉米糖浆)制成的,那么地幔对流可能会自我调节。” 这是因为简单材料的翻转速度比复杂材料快,从而允许自我调节。

他补充说:“但是地幔是由岩石构成的,岩石是非常复杂的材料。”

通过研究地球岩石的变形方式以及过去地幔对流的发生方式,小根良和俊确定,这个过程对行星的内部温度不敏感。 因此,地表热量的释放——或“出汗”——不一定会与内部产生的热量相平衡,小根良和俊说。

然而,这种解释不一定是普遍的。

加州理工学院的行星科学家大卫·史蒂文森告诉 Space.com:“小根良和俊对‘调节’的定义相当狭隘,但这是一篇有趣的论文。”他没有参与这项新研究。

这项新研究于上周发表在《科学进展》杂志上。

热启动,热表面

行星的表面温度对其宜居性有深远的影响。 如果温度升得太高,液态水就无法存在,这对我们所知的生命进化构成挑战。 当行星自我调节时,温度可以稳定下来,但如果一个世界不断散发热量,地表最终可能会太热而无法存在水。

因此,行星形成和演化的细节应该为它的最终温度提供线索,小根良和俊说。 他认为,有助于构建行星的物质,以及该世界可能经历的任何大型小行星或彗星撞击,都可能有助于确定其表面温度。

他说:“我猜测,热启动的行星会保持高温,反之亦然,”但他警告说,行星形成过程仍然知之甚少。

但史蒂文森说,这些细节可能对确定行星的潜在宜居性并不重要。

史蒂文森说:“地球从太阳获得的能量是内部能量的 5000 倍。” “在内部捣鼓对我们的表面温度几乎没有直接作用。”

史蒂文森认为,宜居性与行星的大气层更密切相关,他说大气层与行星内部有关,但不一定由行星内部决定。

但小根良和俊指出,科学家对行星内部如何影响其大气层的理解是基于行星自我调节的长期观点。

小根良和俊说:“目前的大气成分反映了数十亿年的地质活动,我们目前对大气层和内部之间关系的理解在很大程度上取决于地幔对流自我调节的概念。” “因此,我们需要从头开始建立大气层和内部温度之间的真正关系。”

因此,他补充说,行星位于“宜居带”可能不足以表明行星支持生命的能力; 它还必须具有恰到好处的内部温度。

小根良和俊说:“即使从一开始就使用相同的化学成分,不同的初始温度也会导致不同的大气成分,从而导致不同的宜居带。”

然而,他补充说,目前研究系外行星的内部结构是不可行的。

小根良和俊说:“我们所能做的就是观察表面——大气层——并猜测其内部状态。”

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