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太陽系外宜居行星有了新線索

北大物理學(xué)院大氣與海洋科學(xué)系教授胡永云研究團隊日前在美國科學(xué)院院刊發(fā)表研究成果，證明了海洋熱量的輸送能有效改變圍繞“紅矮星”運行的宜居行星的氣候環(huán)境和宜居性，并能極大改變太陽系外行星適宜生命存在的空間模態(tài)。這一新結(jié)論，對認(rèn)識系外行星適宜生命存在的可能性與未來探測適宜生命存在的行星，都具有重要的理論價值。

地球生命在宇宙中是否惟一，太陽系外是否存在適宜生命存在的星球，始終是人類不斷探索的問題。自1995年發(fā)現(xiàn)首顆太陽系外行星到2013年12月28日為止，已有1056顆系外行星被確認(rèn)，其中12顆被認(rèn)為有可能適宜生命存在。這12顆行星均為質(zhì)量略大于地球的固態(tài)星球，通常稱為“超級地球”。針對這些行星上氣候、環(huán)境如何，其變化受哪些因素影響的問題，目前科學(xué)界公認(rèn)：適宜類似地球生命存在的最關(guān)鍵條件是液態(tài)水的存在，因此行星適宜生命存在的關(guān)鍵在于表面溫度能否保證液態(tài)水長期存在—表溫介于約0至70攝氏度間。

此次胡永云教授團隊將研究目標(biāo)定為“紅矮星”附近的宜居行星，緣于“紅矮星”是宇宙中數(shù)量最多的恒星（占宇宙恒星總量約80%），且該類恒星輻射溫度較低，較易探測。但同時，由于“紅矮星”與其宜居行星距離太近，恒星與行星間較強的引力導(dǎo)致行星的一面永遠(yuǎn)面對“紅矮星”（永久白天），另一面永遠(yuǎn)背對“紅矮星”（永久黑夜）。該類行星朝陽面溫度適于液態(tài)水存在，背陽面得不到恒星輻射而極端寒冷，所有大氣和水分都被凍結(jié)于背陽面，不適宜生命存在。

對此，我國科學(xué)家首次強調(diào)了海洋熱量輸送對鎖相行星氣候的影響，進行了兩種不同數(shù)值模擬試驗，一為不考慮海洋熱量輸送，二為考慮海洋熱量輸送、海冰運動以及海冰-反照率反饋等物理和動力過程；而此前，所有關(guān)于系外行星宜居性的研究均未關(guān)注海洋氣候效應(yīng)。

胡永云教授團隊依據(jù)地球氣候中海洋熱量輸送對氣候重要性與大氣熱量輸送同等重要，同時依據(jù)行星質(zhì)量愈大、包含水分愈多，且超級地球重力較大、山峰較低，行星表面極可能完全被海洋覆蓋，假定“超級地球”是一個“水世界”。最終的試驗結(jié)果證明：在大氣和海洋自朝陽面向背陽面輸送熱量的情況下，不僅大氣層不會在背陽面坍塌，水分也不會凍結(jié)在背陽面。相反，海洋熱量輸送能有效擴大開放海域面積，極大改變宜居行星的氣候空間模態(tài)?？茖W(xué)家進一步論證，如果“紅矮星”附近的超級地球確為海洋世界，那么這類行星將只能位于紅矮星附近相對狹窄的范圍內(nèi)—如距離母星太近，海洋熱量輸送將使行星進入溫室逃逸狀態(tài)，如太遠(yuǎn)，又會使其進入全冰封狀態(tài)。換言之，海洋的存在將使傳統(tǒng)上所認(rèn)為的恒星周圍的宜居帶變窄。

摘自2014年1月3日《文匯報》