陆地，一把打开外星生命的钥匙
艺术家们想象中的海洋行星和地球没什么两样，只不过卫星变成两个月球。一项新研究提出系外行星上的陆地，不论是陆地位置还是总量，都极大地影响着该行星的宜居性。
陆地，系外行星上的生命钥匙
影响外太空星球宜居性的要素有很多，包括星体物质组成成分、表面温度、大气成分以及接收恒星的辐射量等等。如今，一项发表研究提出了另一项影响要素：行星上的陆地位置和陆地总量。加拿大多伦多大学的研究者们表示，他们的新型气候模型证实了岩质行星上的陆地位置和总量能够影响该行星的宜居性。该研究主要针对绕红矮星运行的、与地球质量相似的岩质行星。
研究人员在《英国皇家天文学会月刊》上发表了最新的相关同行审议论文，预印本服务器上也有该论文的免费版。多伦多大学研究生伊芙琳·麦克唐纳（此前系麦吉尔大学研究生）在英国举办的全国天文大会上提出了有关研究结果。
水之世界
天文学家表示，绕恒星运行的系外行星有一个显著标志——大概率地表层有水存在。这些星球的水资源分布情况并不一定总和地球类似，每颗行星的水含量变化很大、各不相同。比如，地球表面约有71%面积被水覆盖，一些系外行星可能和地球情况类似，也被广阔的深海覆盖，而另一些系外行星则可能仅有湖泊点缀。
地球表面约71%面积被水覆盖。其他岩质行星可能水含量类似，也可能水含量更少，当然还可能全球被海洋覆盖。图源：美国国家航空航天局戈达德航天中心Reto Stöckli.
此外，一些行星被其环绕的恒星潮汐锁定，行星有一面一直朝向主恒星，就像月球只有一面朝着地球一样。这种现象会导致行星难以维持气候平衡，因为理论上，行星大气层和海洋会对白昼侧和黑夜侧接收到的恒星能量进行重新分配，而一颗潮汐锁定行星，热能则主要停留在面朝恒星的那一侧。
外星气候模拟器——气候模型模拟系外行星的陆地情况
目前，多伦多大学的研究人员表示他们已经设计出一个全新三维气候模型——外星气候模拟器。该模型模拟了岩质类地行星两种不同的白昼侧场景。这两种场景布局基本完全相反：一种场景下，行星白昼侧有被海洋包围的圆形陆地；另一种场景下，则是被陆地包围的圆形海洋。这便是假想的“眼球星球”，一种白昼侧中心有海洋或其他显著地理特征的潮汐锁定行星。
上述两种场景模型中，均会对圆形区域的大小进行调整，以便更好地显示可用土地的占比变化对行星整体气候的影响。模型还研究了不同的陆地分布情况下，行星白昼侧的净降水量、云量和表面温度的变化。此外，尘土因为会降低干旱大陆的温度而能极大地影响行星气候，虽然该研究并未涉及这点，但论文中却有提起。
研究人员设置了20%、40%、60%和80%白昼侧土地覆被下的10-12种模型。
多伦多大学研究生伊芙琳·麦克唐纳（此前系麦吉尔大学研究生）在2022年7月11日于英国华威大学举办的全国天文大会上提出了有关研究的最新发现。图源：麦吉尔大学
对行星气候的巨大影响
该论文概述如下：
行星表面的情况会显著影响其气候和宜居性。研究中，我们在两种完全相反且极端的大陆分布情况下，即所有陆地或所有海洋都集中在星下点上，使用3D大气环流模型“外星气候模拟器”系统地改变一个同步旋转的温带岩质行星白昼侧的土地覆被。
结果究竟如何呢——研究表明，陆地位置和陆地总量的确能显著影响行星气候。
如果一个行星在白昼侧拥有相似的陆地总量，但布局相反（即一种是海洋包围陆地，另一种是陆地包围海洋），那么行星地表平均温差能达20摄氏度（36华氏温度）。液态海洋面积和大气水蒸气含量呈正相关。正如所料，如果一颗行星有更多的陆地，则其白昼侧气候会更加炎热干燥，云层和降雨也会限制在较小的中部区域内。
一种假想的水之世界，类似于本次新研究中一种较小海洋完全被陆地包围的行星模型。科学家们称之为“眼球行星”，即白昼侧中心有海洋（或其他显著地理特征）的潮汐锁定行星。图源：eburacum45/ DeviantArt网站
展望外星生命
陆地的位置和总量在行星潜在可居住性中扮演着至关重要的角色，而一个行星越适宜居住，那么有生命栖息于此的机会也就越大。正如伊芙琳·麦克唐纳所推测：探索宇宙中除地球以外是否有生命存在是天文学届乃至整个科学届的重要挑战。我们的研究论证了类地行星上的陆地情况对其气候有着巨大影响，这将有助于天文学家们在借助仪器比如詹姆斯韦伯空间望远镜观测行星时更好地诠释他们所看到的景象。
要旨：多伦多大学一项新研究展示了岩质行星的陆地位置和总量是如何影响其气候和宜居性的，该研究使用了一种叫“外星气候模拟器”的特殊新型3D气候模型模拟类地行星。
BY:Paul Scott Andersonand
FY: 克莱登大学神秘博士
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