海冰运动“冻结”这些行星的宜居可能性 “疑似宜居行星”真的宜居吗?

来源： 科技日报

说起系外行星，你可能会想到刚刚颁发的诺贝尔物理学奖。1995年，迪迪埃·奎洛兹和米歇尔·马约尔两位天文学家发现了第一颗围绕类日恒星运行的系外行星。他们也凭此与詹姆斯·皮布尔斯共享2019年诺贝尔物理学奖。

迄今为止，科学家已经确认了4000多颗太阳系外行星。大家比较关心的问题是：这些系外行星宜居吗?

关于这个问题的研究，有了最新进展。北京大学物理学院大气与海洋科学系助理教授杨军及其研究组最新研究发现，在海冰流动因素影响下，那些“疑似宜居行星”上的开放海洋面积会不断减小，冰雪覆盖区域面积会不断增大，最终导致这些系外行星进入全球冰雪世界。这无疑会大大影响“疑似宜居行星”的宜居性。这项研究日前发表在《自然·天文学》杂志上。

被潮汐锁相的系外行星

在科学家已经确认的4000多颗太阳系外行星中，有大约20颗行星值得特别关注。

“这20颗左右的行星，大小与地球差不多，接收到的恒星辐射也与地球接近，地表可能长期维持液态水存在。要知道，液态水是地球上所有生命存在的必需要素，也是判断行星宜居与否的重要依据之一。”杨军介绍，所以这些行星被称为“疑似宜居行星”。

杨军告诉科技日报记者，这些“疑似宜居行星”大部分围绕质量比太阳小、温度比太阳低的红矮星公转，轨道半径只有日地距离十分之一左右。因此，这类行星所受的潮汐力非常强，其轨道很容易进入潮汐锁相状态。

要想理解潮汐锁相状态，可以想想月球绕地球公转的情形。

受潮汐力等因素影响，月球绕地球公转一圈和月球自转一圈的时间，都是28天左右。月球永远只有一面朝着地球，另一面背向地球。

那些处于潮汐锁相状态的行星轨道，类似月球绕地球公转的轨道：处于这种状态的系外行星，在绕恒星公转时，也是一面永远朝着恒星，另一面永远背向恒星。因此，它们一个半球永久接收恒星辐射照射，被称为“永久白天”，另一个半球永远接收不到阳光，被称为“永久黑夜”。

星下点海洋并不稳定存在

那么问题来了，这些“疑似宜居行星”真的宜居吗?

杨军告诉科技日报记者，此前有研究预测，这些系外行星的星下点附近，可以理解为恒星与行星中心连线与行星表面的交叉点区域。星下点附近可能存在一个开放海洋，其他区域都被冰雪所覆盖。这样看起来，整个行星就像一个眼球一样。

因为只有星下点附近接收到的恒星辐射程度才能使地表温度达到高于273开尔文的水平，有科学家推测，这种开放海洋可能是光合作用生物的理想生存环境。

如果真是这样，那么可以认为，这些“疑似宜居行星”还是比较宜居的，至少对于某些光合作用生物而言。但是，事实可能并非如此。

“这些研究都没有严格考虑海洋流动的作用。”杨军团队在论文中提出了一个关键问题：在这些“疑似宜居行星”绝大部分区域被冰雪覆盖的情况下，它们表面的开放海洋可以稳定存在吗?

杨军团队通过三维耦合的模拟表明：在考虑海冰流动之后，这些“疑似宜居行星”星下点位置的开放海洋是无法稳定存在的。他们通过模拟发现，海冰在行星的背阳面生长，然后被风和海流不断输送到星下点区域，进而再通过提高地表反照率和融化吸热过程使地表温度不断降低，直到整个海洋都被冰雪覆盖，进入冰雪世界。

“这项研究结果表明，一些原本认为宜居的太阳系外行星可能并不宜居，它们很可能是一个极为寒冷的冰雪世界。”杨军说，此次研究发现，光合作用生物难以很好地在这些“疑似宜居行星”上生存与繁衍。

杨军告诉科技日报记者，只有当大气中二氧化碳浓度比较高的时候，或者恒星辐射比较强的时候，这些行星才有可能避免成为冰雪世界，成为真正的宜居星球。(刘园园)

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