超级地球在保持“可居住”状态的同时能有多大?

超级地球在保持“可居住”状态的同时能有多大?

  • 最近更新2022年08月05日
yiNJepUfi9erGYZeDSwudL-320-80

艺术家对超级地球的描绘。 (图片来源:NASA/JPL-Caltech)

在迄今为止发现的数千颗系外行星中,最常见的是“超级地球”——比地球大但比海王星小的世界。其中一些行星甚至位于其母星的宜居带内,这意味着它们的表面可能适合容纳液态水。

但这些巨大的岩石系外行星真的能维持生命的条件吗?还是生命仅限于像我们这样的小行星?最终,只有未来的观察才能给我们一个确凿的答案。但与此同时,这个问题为我们提供了一个绝佳的机会来探索我们对生活可能在哪里找到家的理解的局限性。

相关: 是什么让行星真正适合居住?我们的假设可能是错误的

定义宜居性

首先,我们必须清楚我们所说的“可居住”是什么意思,因为我们太阳系中的一些野生世界远远超出了我们认为的正常范围。毕竟,没有其他已知行星与地球完全一样。

我们太阳系中的其他小型岩石行星要么是贫瘠的荒地(水星火星),要么是噩梦般的地狱(金星)。气态巨行星——有着深沉而破碎的大气层——被排除在外。然而,它们的一些冰冻卫星在它们坚硬的外壳下提供了丰富的液态水,它们可能是我们后院生活的第二个伟大家园。但是现在,我们将把我们的讨论限制在看起来像地球的世界上。

这意味着,在我们对超级地球的调查中,我们需要找到看起来和行为(并希望闻起来)与我们的星球很相似的行星。这包括坐在恒星的宜居带内,以确保温度恰到好处,以及拥有相对厚但不太厚的大气层。这些行星的表面还需要有液态水,而不是锁在冰冻的地壳下或沸腾成蒸汽。最后,它们必须有一个磁场,以保护大气和液态水免受太阳风的持续猛烈攻击。

当然,要让一个世界真正承载生命,还需要制定更多标准。但是如果没有这些基本条件,那么在外星世界上生长的东西的机会就非常渺茫,所以这是一个很好的起点。

选择合适大小的星球

天文学家通常将超级地球定义为任何介于地球大小和 10 倍质量之间的行星。天文学家倾向于称行星比迷你海王星大,但这种明显清晰的区别掩盖了许多对确定宜居性很重要的细微差别。

显然,接近地球大小的物体更有可能适合居住,因为据推测,它与地球非常相似。而接近海王星大小的东西可能不会是一个非常有趣的地方,可以让生命找到立足点,因为海王星总体上并不是那么好客,至少根据上面的定义。

随着行星质量的增加,由于重力增强,岩石核心越来越容易挂在厚厚的气体大气中。最终,会有如此多的大气层,以至于这颗行星更适合被描述为气态巨行星,而不是岩石世界。不幸的是,我们在这两个极端之间缺乏明确的分界线,而超级地球弥合了这一差距。

这也是轨道重要的地方。如果一颗行星离它的母星太近,不管它的大小,它都会被烤焦。以55 Cancri e为例,它是一个大约 55 光年外的岩石超级地球。它的质量是地球的八倍,但它离它的母星如此之近,以至于它只是一个熔岩球。

另一方面,行星 TOI 270c 更小,大约是地球质量的七倍。但它离它的母星太远了,几乎完全是气体,使它更像一个迷你海王星而不是其他任何东西。

竞争者

最终,一个可居住的超级地球需要有合适的密度,这表明它不是太多岩石或太多气体。即便如此,这也只是一种猜测,因为天文学家对任何特定系外行星的信息都很少。

以距离我们只有大约 20 光年的Gliese 581c为例。这颗系外行星的质量约为地球的 5.5 倍,位于其恒星的宜居带内。但是天文学家只知道它的质量,而不知道它的半径,所以他们无法确定这颗行星的密度。在那个轨道和那个质量上,这颗行星可能是一个典型的岩石世界,或者由固体铁制成。或者它可能是一个微小的气体世界,甚至是由钻石制成的。

至于任何系外行星的磁场,这纯属猜测。科学家们认为比地球大的行星可能拥有强磁场,但无法确定。例如,虽然金星和地球的大小大致相同,但只有地球拥有强大的磁场。

也许宜居超级地球的最佳候选者是 LHS 1140b,它围绕一颗距离地球约 49 光年的红矮星运行。它比我们的星球宽约 60%,但质量是地球的 6.48 倍。它的轨道非常靠近它的母星——它的轨道周期只有 25 天——但由于这颗恒星是一颗凉爽的红矮星,所以它在宜居带内很舒服。

LHS 1140b 的大气模型考虑到了厚厚的大气包围着一个液态水海洋世界的可能性。只有通过詹姆斯韦伯太空望远镜进行的详细观察才能确定这颗行星是否真的适合居住。与此同时,它是目前可能拥有生命的最大行星的卫冕冠军。

 

分享到 :
相关推荐

发表评论

登录... 后才能评论