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美國(guó)國(guó)家航空航天局：一些冰冷的系外行星可能有可居住的海洋和間歇泉

美國(guó)

據(jù)美國(guó)宇航局（威廉·施泰格沃爾德）：美國(guó)國(guó)家航空航天局的一項(xiàng)研究擴(kuò)大了對(duì)太陽(yáng)系以外生命的探索，表明17顆系外行星(太陽(yáng)系以外的世界)可能在冰殼下有液態(tài)水的海洋，液態(tài)水是生命的必要成分 。這些海洋中的水偶爾會(huì)以間歇泉的形式從冰殼中噴發(fā)出來(lái) ?？茖W(xué)小組計(jì)算了這些系外行星上間歇泉活動(dòng)的數(shù)量，這是第一次做出這樣的估計(jì) 。他們發(fā)現(xiàn)了兩顆足夠近的系外行星，這些爆發(fā)的跡象可以用望遠(yuǎn)鏡觀察到 。
在宇宙中的其他地方尋找生命通常集中在位于恒星“可居住區(qū)”的系外行星上，在這個(gè)距離上，溫度允許液態(tài)水在其表面持續(xù)存在 。然而，如果有足夠的內(nèi)部熱量，那么對(duì)于一顆太遙遠(yuǎn)太冷的系外行星來(lái)說(shuō) ， 冰殼下仍然有海洋是可能的 。這就是我們太陽(yáng)系的情況，木星的衛(wèi)星歐羅巴和土星的衛(wèi)星恩克拉多斯的地下有海洋 ， 因?yàn)樗鼈兪艿街餍行呛袜徑l(wèi)星引力的潮汐加熱 。

美國(guó)國(guó)家航空航天局：一些冰冷的系外行星可能有可居住的海洋和間歇泉


美國(guó)國(guó)家航空航天局的卡西尼號(hào)飛船在2010年11月30日拍攝了這張土衛(wèi)二的照片 。噴射流下部的恩克拉多斯天體的陰影清晰可見(jiàn) 。圖像：美國(guó)國(guó)家航空航天局/JPL加州理工學(xué)院/空間科學(xué)研究所
如果這些地下海洋有其他必需品，如能源供應(yīng)以及生物分子中使用的元素和化合物，它們可能是生命的港灣 。在地球上，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)在海底熱液噴口附近的完全黑暗中茁壯成長(zhǎng)，熱液噴口提供能量和養(yǎng)分 。
“我們的分析預(yù)測(cè)，這17個(gè)世界可能有冰覆蓋的表面 ， 但從它們的宿主恒星的放射性元素衰變和潮汐力中獲得足夠的內(nèi)部熱量，以維持內(nèi)部海洋，”馬里蘭州格林貝爾特美國(guó)國(guó)家航空航天局戈達(dá)德太空飛行中心的林納·奎克博士說(shuō) ?！坝捎谒鼈兘?jīng)歷了大量的內(nèi)部加熱，我們研究中的所有行星也可以以間歇泉樣的羽狀物的形式展示低溫火山爆發(fā) ?！笨耸?0月4日發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上的一篇論文的第一作者 。
該團(tuán)隊(duì)考慮了17顆已確認(rèn)的系外行星的條件，這些行星大約與地球大小相同，但密度較低 ， 這表明它們可能有大量的冰和水 ， 而不是密度較高的巖石 。盡管這些行星的確切成分仍然未知，但根據(jù)之前的研究對(duì)它們表面溫度的初步估計(jì)都表明它們比地球冷得多，這表明它們的表面可能被冰覆蓋 。
這項(xiàng)研究通過(guò)使用木衛(wèi)二和土衛(wèi)二的已知表面亮度和其他屬性作為模型進(jìn)行重新計(jì)算，提高了對(duì)每個(gè)系外行星表面溫度的估計(jì) 。該團(tuán)隊(duì)還通過(guò)使用每個(gè)系外行星的軌道形狀來(lái)獲得潮汐產(chǎn)生的熱量 ， 并將其添加到放射性活動(dòng)產(chǎn)生的熱量中，從而估計(jì)了這些系外行星的內(nèi)部總熱量 。表面溫度和總加熱估計(jì)給出了每個(gè)系外行星的冰層厚度，因?yàn)楹Ｑ笤趦?nèi)部加熱時(shí)會(huì)在表面冷卻和凍結(jié) 。最后 ， 他們將這些數(shù)字與歐羅巴的進(jìn)行了比較，并使用歐羅巴上間歇泉活動(dòng)的估計(jì)水平作為保守基線來(lái)估計(jì)系外行星上的間歇泉活動(dòng) 。
他們預(yù)測(cè)地表溫度比先前的估計(jì)低60華氏度(16攝氏度) 。估計(jì)的冰殼厚度范圍從比鄰星b的約190英尺(58米)和LHS 1140 b的1英里(1.6公里)到MOA 2007 BLG 192Lb的24英里(38.6公里)，相比之下，木衛(wèi)二的平均估計(jì)值為18英里(近29公里) 。估計(jì)的間歇泉活動(dòng)從開(kāi)普勒441b的每秒17.6磅(約8千克/秒)到LHS 1140 b的每秒639 ， 640磅(290 ， 000千克/秒)和比鄰星b的每秒1320萬(wàn)磅(600萬(wàn)千克/秒)，相比之下木衛(wèi)二的每秒4，400磅(2，000千克/秒) 。
Quick說(shuō):“由于我們的模型預(yù)測(cè)海洋可能會(huì)在相對(duì)靠近比鄰星b和LHS 1140 b的表面發(fā)現(xiàn)，并且它們的間歇泉活動(dòng)率可能會(huì)超過(guò)歐羅巴的數(shù)百到數(shù)千倍，望遠(yuǎn)鏡最有可能探測(cè)到這些行星上的地質(zhì)活動(dòng)，”他于12月12日在加利福尼亞州舊金山舉行的美國(guó)地球物理學(xué)聯(lián)合會(huì)會(huì)議上提交了這項(xiàng)研究 。
當(dāng)系外行星從其恒星前面經(jīng)過(guò)時(shí)，可以看到這種活動(dòng) 。某些顏色的星光可能會(huì)被間歇泉中的水蒸氣變暗或遮擋 。奎克說(shuō):“零星探測(cè)到的水蒸氣，其中探測(cè)到的水蒸氣量隨時(shí)間而變化 ， 這將表明低溫火山爆發(fā)的存在 ?！彼锌赡芎衅渌睾突衔?，可以揭示它是否能支持生命 。由于元素和化合物吸收特定“特征”顏色的光，對(duì)星光的分析將讓科學(xué)家們確定間歇泉的成分，并評(píng)估系外行星的可居住性潛力 。
對(duì)于像比鄰星b這樣沒(méi)有從我們的有利位置穿過(guò)其恒星的行星，間歇泉活動(dòng)可以通過(guò)強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到，這些望遠(yuǎn)鏡能夠測(cè)量系外行星在繞其恒星旋轉(zhuǎn)時(shí)反射的光 。間歇泉會(huì)噴出系外行星表面的冰粒，這將導(dǎo)致系外行星顯得非常明亮和反光 。
這項(xiàng)研究由美國(guó)國(guó)家航空航天局的宜居世界項(xiàng)目、華盛頓大學(xué)的天體生物學(xué)項(xiàng)目和虛擬行星實(shí)驗(yàn)室資助，虛擬行星實(shí)驗(yàn)室是美國(guó)國(guó)家航空航天局系外行星系統(tǒng)科學(xué)協(xié)調(diào)小組的成員 。