宇宙解码 – 寻找宜居地球：不低于2.7%地球质量的较小行星，存在液态水可能大

　　在科学家们认为的理想宜居地球中，需要有液态水。细胞是生命中最小的单元，需要水来帮助它们实现其功能。要使液态水存在，地球的温度必须适宜。但是行星的大小有没有具体的要求呢？没有足够的质量，行星就没有足够的引力来保持其水分。一项新的研究试图了解行星大小如何影响星球保持水分的能力，这一能力对于其是否可能宜居非常重要。

　　
关于哪些因素使得星球宜居的问题一直争论不休。不仅是系外行星，还有未来我们太阳系中的一些卫星都是候选对象。科学家们对于一颗行星需要从它的恒星那里获得多少能量来维持液态水有一个相当不错的想法，进而导致了“宜居带”(Goldilocks Zone)的概念流行，或者说是环绕恒星的适居带。它距离恒星既不能太近也不能太远，否则液态水将不可能在行星上存在。

　　
随着在宜居带内对系外行星的搜索日益增多，加上科学家们拥有了更好的望远镜和技术可以更细致地研究系外行星，现在需要更多的考量来决定将观测资源花在哪些行星上。如本文所述，行星的质量可能是一个有用的过滤器。一篇关于低重力水世界的大气演化的文章对此进行了论述，该研究发表在《天体物理学杂志》上。

　　为了维持液态水在星球表面，系外行星或外星球必须具有足够的质量，否则水和大气会很容易地飘向太空。它们必须长时间地保持水的存在，这样生命才可能出现。天文学家用了一个大约10亿年的数字范围来估算生命的诞生。

　　论文的第一作者康斯坦丁・阿恩沙伊特表示，当人们考虑宜居带的内外边缘时，他们往往只在空间上考虑是否合适，也就是这颗行星离恒星有多近，但实际上还有许多其他的变量影响可居住性，包括质量。就行星大小而言，设定一个宜居性的下限，可以更有效地缩小我们正在寻找可居住的系外行星和外行星的范围。

　　
宜居带的大小和范围取决于恒星。一颗像红矮星这样的较小的、能量较低的恒星，相比和太阳类似的大的恒星，它们可以创造一个更接近自身的宜居带。如果行星离恒星太远，水就会结冰。如果离得太近，就会发生失控的温室效应，水就会变成蒸汽，蒸发到太空中去。

　　但是对于小的、质量较低的行星来说，还可能发生更多的事情。它们或许能够抵御失控的温室效应。当质量较低的行星变暖时，大气就会膨胀。相对于它周围行星的大小，它会变得更大。于是会产生两个影响:增加的表面尺寸意味着大气可以吸收比过去更多的能量，并且它也可以辐射比过去更多的能量。

　　
研究人员认为，这样做的总体结果是，膨胀的大气层阻止了失控的温室效应，并且它们可以维持其表面液态水。这意味着它们可以在不失去水分的情况下离恒星更近，从而将较小的系外行星的宜居带扩大。

　　当然行星不能特别小，质量也不能太低。如果没有足够的吸引力，大气层就会被剥离，水要么被剥离，要么被冻结在表面。这意味着生命的前景是暗淡的。研究人员说，行星的宜居性有一个严格的下限。这意味不仅有一个决定行星宜居性的恒星邻近带，而且还存在大小限制。简而言之，即使行星位于宜居带，它也可能太小而无法居住。

　　
根据阿恩沙伊特和该研究的其他作者的说法，这个临界大小是地球质量的2.7%。他们说，如果星球质量比这个界限还要小，那么这颗行星就无法长时间地保持其大气层和水，以致生命无法出现。我们知道，月球的质量是地球的1.2%，而水星的质量是地球的5.53%。研究人员使用模型来估计低质量行星的适居带，它们分别围绕着两种不同类型的恒星: 一种是m型恒星，即红矮星，另一种是类似太阳的g型恒星。

　　该研究还可能解决了另一个长期存在的问题，即我们太阳系的可居住性。木星的卫星木卫三、木卫四和木卫二都有大量的液态水，它们被困在冰层之下。天文学家一直想知道，当太阳在恒星未来的某个时刻辐射出更多的能量时，它们是否适合人类居住。然而根据这项新研究，即使它们变得足够温暖，它们也没有足够的质量来保持水分。木卫三的质量是地球的近2.5%，但它的体积小得足以像彗星一样，会把所有的水都流失到太空中。

　　低质量行星的水世界存在寻找生命的令人着迷的可能性，它们的行为与类地行星相比有很大不同。一旦对这类物体的观测成为可能，尝试直接测试验证这些理论将会令科学家十分兴奋。

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