生命不可欠的液态水，其维持常被认为需恒星热量，但光无法到达的黑暗宇宙空间中，或存在数十亿年适合生命的环境">生命不可欠的液态水，其维持常被认为需恒星热量，但光无法到达的黑暗宇宙空间中，或存在数十亿年适合生命的环境">生命不可欠的液态水，其维持常被认为需恒星热量，但光无法到达的黑暗宇宙空间中，或存在数十亿年适合生命的环境。
慕尼黑路德维希-马克西米利安大学（LMU）博士生David Dahlbüdding领衔的研究团队，在满足特定条件的系外卫星上，发现其表面液态水可维持超40亿年的可能性，成果发表于《皇家天文学会月报》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）。
围绕巨大游离行星公转的类地卫星示意图，引用自LMU新闻稿（Credit: Dahlbüdding/DALL-E）
宇宙中游荡的游离行星卫星存在液态水？
行星表面液态水可存在的宜居带，通常以与恒星的距离为基准，因行星接收的热量由恒星距离决定。
但恒星光无法到达的地方，行星等带来的潮汐力使天体内部反复变形产生的“潮汐加热”可成为热源，维持液态水。太阳系中，木星卫星木卫一（Io）的火山喷发、土星卫星土卫二（Enceladus）的羽流（水柱、间歇泉）均以潮汐加热为热源，部分卫星内部可能存在海洋。
太阳系的这些案例表明，系外行星的卫星可能存在支持生命的环境，系外卫星或成为生命探测的重要目标。但系外行星因被主星强光掩盖难以直接观测，其卫星更难观测，尚未有确切发现。
因此，不绕恒星公转、在星际空间游荡的游离行星（自由漂浮行星）的卫星备受关注。游离行星是行星系形成时因重力相互作用被弹出轨道的天体，银河系中可能存在大量此类行星。
游离行星的卫星不受恒星强光干扰，是发现首颗系外卫星的有力目标，也为探索黑暗宇宙空间的宜居性带来希望。
解决先行研究课题的“厚氢气层”
参与本次研究的欧洲空间局（ESA）Giulia Roccetti等人2023年的先行研究显示，巨大气态行星被行星系弹出时，近轨卫星易存活，可能长期保持椭圆轨道。高离心率椭圆轨道可产生有效潮汐加热，维持液态水。
但当时研究存在课题：假设以二氧化碳（CO₂）为主的厚大气层作为保温温室气体，但游离行星游荡的极低温星际空间中，二氧化碳易凝结，大气保温效果丧失，热量易逃逸。
本次Dahlbüdding团队模拟了以氢气分子（H₂）为主的大气层替代二氧化碳的情况。结果显示，质量与地球相同的卫星若有100大气压的厚氢气层，表面液态水可维持最长43亿年。
保温效果的依据是“碰撞诱导吸收（CIA）”现象。研究团队称，高压下相互碰撞的氢气分子通过碰撞诱导吸收吸收热辐射，极低温星际空间中不易凝结，能高效锁住热量。
可推动生命诞生的环境
研究团队表示，该环境不仅存在水，还可能有利于生命诞生前的化学进化。
第一，强潮汐力导致的卫星变形，会局部产生水蒸发与凝结的干湿循环，这一过程被认为是促进RNA（核糖核酸）等复杂分子形成的重要机制。
第二，本次假设的厚氢气层中若含少量氮，会生成氨（NH₃），氨溶于水可形成适合生命诞生的碱性（pH9~10）环境。
Dahlbüdding在LMU新闻稿中称“生命摇篮未必需要太阳”。有研究推测银河系中游离行星数量与恒星相当，本次发现将大幅拓宽宇宙生命探测的对象范围。