这个新模型能预测哪些外星世界可能存在生命吗?

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项新研究综合了这两个因素来计算出一颗行星的宜居程度,研究人员表示,他们的研究首次结合了两种数据流——大气化学和三维气候模型——来计算出红矮星岩态行星的宜居程度。

要找出哪些行星可能适合居住是一项艰巨的任务,因为我们只能通过望远镜看更多细节,例如一颗系外行星的大气和气候的细节,大多是我们无法获得的,然而,一项新的研究利用计算机模型展示了辐射喷涌的红矮星(也被称为M矮星)如何影响岩质行星的气候,使生命更难在那里生存。

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一位艺术家描绘了一颗有两个卫星系外行星。(Image: © NASA/Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics/D. Aguilar)

如果一颗行星的表面是岩石,并且围绕其恒星运行的轨道被称为“适居带”(Goldilocks zone),那么它就有可能适合人类居住。但宜居性是一个复杂的衡量标准,不仅取决于一颗行星的位置,还取决于它的气候和母星稳定性。

红矮星是搜索系外行星任务的成熟猎,因为它们比我们的太阳更暗、更小。这颗恒星的大小使它更容易在行星运行轨道时发现行星恒星表面运行,或测量行星恒星运行时的引力牵引。然而,已知这些恒星会发出有害的辐射,这可能会使任何生物难以在附近行星的表面生存。

行星的自转也是宜居性的一个重要因素,缓慢的自转会逐渐烤焦行星的一边,并冻结另一边,超出了生命所能承受的范围。

这项新研究综合了这两个因素来计算出一颗行星宜居程度,研究人员表示,他们的研究首次结合了两种数据流——大气化学和三维气候模型——来计算出红矮星岩态行星宜居程度

伊利诺斯州西北大学的行星科学系博士生Howard Chen在一份声明中说:“这些模型在研究岩质行星系外行星文献中根本没有用到,因为它们的计算成本太高了。”

这项新研究的结果显示了一些令人担忧的情况:岩石行星暴露在大量的恒星辐射中。例如,经常沐浴在紫外线和x射线辐射下的行星往往会由于蒸发而失去大量水分,在较安静或不活跃的恒星周围的行星可以保持其表面的水,这是一个关键的衡量宜居性的指标。

科学家们发现,一颗行星维持生命的机会也取决于它的大气组成,地球的臭氧层过滤掉了来自太阳的大部分有害辐射,而太阳是一颗相对不活跃的恒星。但是,臭氧层很薄的行星表面会接收到更多的紫外线辐射,这又一次使得生命难以在那里生存——即使表面的温度适宜生命生存。如果一颗岩石行星围绕一颗散发大量辐射的不稳定红矮星运行,这种情况就会加剧。

西北大学地球行星科学助理教授、资深作者丹尼尔·霍顿在同一份声明中说,这些模型不能确切地预测某个特定的行星上是否存在生命,但有成千上万的行星有待研究,这些模型可以帮助科学家们找到先看的地方。“我们的研究可以帮助限制望远镜的使用范围。”

这些仪器可能包括NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜,它将于2021年发射。韦伯还将获得大量来自地面天文台的行星观测数据,以及美国宇航局前开普勒行星搜寻船和正在进行的NASA凌日系外行星勘测卫星任务的数据。

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