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还有比地球更好的吗?宇宙中有超级宜居的行星吗?

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发表于 2020-8-25 11:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
还有比地球更好的吗?宇宙中有超级宜居的行星吗?

Original 手机软件:博科园
天文物理 Today


地球也许是宇宙中最美好的行星,无论我们去哪里,永远都找不到比地球更适合地球生命的行星。当然,那是因为我们和所有其他地球生命都是在这种环境下进化的。进化使我们适应了这个星球,我们不太可能找到另一个对我们有好处的星球。然而,它是最好的星球吗?宇宙中是否有可能有更多生命多样性的条件?在地球上有生命这一事实是非常令人惊讶的,地球位于主序恒星的宜居区,它不会产生太多致命的太阳耀斑。

                               
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地球有一个厚厚的大气层,充满了氧气和氮气,我们可以呼吸。这颗行星足够大,地球核心仍然是熔化的,有一个旋转的铁球维持着行星磁场。这一点,再加上厚厚的大气层,保护了地球表面免受宇宙射线、来自太阳的最糟糕的紫外线辐射和致命的太阳风暴的伤害。地球有板块构造,不断回收地球表面的物质,从内部带出新鲜的化学物质。
同时有一个相对较大的卫星,这可能使地球在轴向倾斜方面更加稳定,潮汐帮助早期的生命形式从海洋过渡到陆地。地球有巨大的海洋,帮助调节地球的气候,将温暖的海水转移到较冷的地区,使它们更加多样化和宜居。这份清单还在继续,我相信还有一些我们甚至还没有发现的因素。

                               
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当涉及到地球时,生命已经繁荣昌盛,找到了进入每一个可能的生态位方式,通过进化来适应自身,以应对严寒,酷热,海洋底部的巨大压力,甚至是城市,生活在人类旁边。但地球能变得更好吗?会不会有超级宜居的行星?如果说天文学领域教会了我们什么的话,那就是地球并不特别。地球不是太阳系的中心,这不是宇宙中特别的地方或时间。这可能意味着地球不是生命最好的地方,这是人类最好的地方,但不是生活的最好地方。
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根据宾夕法尼亚州立大学天体生物学家拉维·库马尔·科帕拉普(Ravi Kumar Kopparapu)和其他人根据现代气候数据,计算出恒星宜居带的边缘真正应该在哪里。他们计算出类太阳恒星周围的宜居区应该是地球到太阳距离的0.99到1.7倍。这意味着地球实际上就在太阳宜居带的内缘,只是勉强而已。如果它再靠近太阳,就会经历失控的温室效应,就像金星一样。你可能想靠近宜居区的中间,那里的轨道变化不会把地球推向极端。地球相对年轻,考虑到地球现在只存在了45亿年,并且仅仅在后几亿年中才进化出多细胞生命。
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太阳正在升温,由于地球如此接近,我们实际上只有几亿年的时间,最多10亿年,在温度上升和海洋蒸发之前。但是,如果生命可以再经历数十亿年的进化来创造出新的、更多样化的生命形式,会发生什么呢?你可能认为鸭嘴兽是不寻常的,想象一下再经过20亿年的进化你会是什么样?勒内·海勒和约翰·阿姆斯特朗研究了可能成为最适合居住的行星条件。他们提出,质量小于太阳的恒星,被归类为K星,可能是多样性的最佳候选者,因为它们寿命长,相对稳定。
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如果没有那些讨厌的红矮星巨型耀斑,一颗K型恒星的寿命将达到200-700亿年。你会想要恒星系统中的其他行星,能够用它们的重力改变小行星和彗星的方向,以提供生命所需的水和其他化学物质。理想情况下,你希望在同一个系统中有多个可居住的行星,能够来回发送生命,这一过程被称为panspermia。让宜居行星成为气态巨星的卫星,以获得强大的潮汐力量,保持新鲜的火山物质喷发到地表。更好的可能是,有一个双星行星,在那里两个世界相互环绕,传递潮汐力量,并来回交换生命形式。
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如果让地球变得更大,会得到更多的表面积让水循环温度(在一秒钟内会有更多的表面积),但也会有更多的表面积让生命形式利用不同生态位。谈论的是一个更大,更大的行星,一旦得到地球质量的两倍,板块构造就开始关闭,所以尽量保持在这个量以下。你可能还想要一个足够大和足够热的内部世界,以便铁合金在其核心中运动,以维持一个行星范围的磁气圈。你可能担心表面重力,但一个质量是地球两倍的行星只需要大约40%就可以拥有大约相同的表面重力。
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现在在巴塞罗那举行的一次会议上,来自芝加哥大学的Stephanie Olson博士介绍了他们在寻找最可能支持系外行星生命环境方面所做的研究。他们使用了来自NASA的一种工具,称为Rocke-3-D大气环流模型,这是一个真正令人惊叹的工具,可以免费向公众提供。你也可以去使用,然后看看不同世界的情况,从远古的金星到环绕比邻星运行的行星。你可以模拟他们的气温,降雨量,土壤浓度等等。比如一些例子:前工业化时代的地球,气温范围从赤道附近35摄氏度到两极的零下60摄氏度。
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你可以用古老的金星取代地球,就像29亿年前太阳比今天暗20%时的样子。然而,它仍然每243天自转一次,可能有一个浅海,其低地达到310米的深度。这是一颗围绕红矮星Proxima Centauri运行的行星,因为它的轨道离它的恒星如此之近,所以这颗行星可能被潮汐锁住了。这对空气温度有一个戏剧性的影响,一边面对星星,一边面对着星星。但是如果行星确实有共振自转,每2个轨道绕其轴旋转3次,如果它的大气层与地球的氮和氧大气层大致匹配,那么最终会得到一个看起来更适合的生命在上面。
博科园|文:Fraser Cain/Universe Today


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