陸地，一把打開外星生命的鑰匙

藝術家們想象中的海洋行星和地球沒什么兩樣，只不過衛(wèi)星變成兩個月球。一項新研究提出系外行星上的陸地，不論是陸地位置還是總量，都極大地影響著該行星的宜居性。

陸地，系外行星上的生命鑰匙

(相關資料圖)

影響外太空星球宜居性的要素有很多，包括星體物質組成成分、表面溫度、大氣成分以及接收恒星的輻射量等等。如今，一項發(fā)表研究提出了另一項影響要素：行星上的陸地位置和陸地總量。加拿大多倫多大學的研究者們表示，他們的新型氣候模型證實了巖質行星上的陸地位置和總量能夠影響該行星的宜居性。該研究主要針對繞紅矮星運行的、與地球質量相似的巖質行星。

研究人員在《英國皇家天文學會月刊》上發(fā)表了最新的相關同行審議論文，預印本服務器上也有該論文的免費版。多倫多大學研究生伊芙琳·麥克唐納（此前系麥吉爾大學研究生）在英國舉辦的全國天文大會上提出了有關研究結果。

水之世界

天文學家表示，繞恒星運行的系外行星有一個顯著標志——大概率地表層有水存在。這些星球的水資源分布情況并不一定總和地球類似，每顆行星的水含量變化很大、各不相同。比如，地球表面約有71%面積被水覆蓋，一些系外行星可能和地球情況類似，也被廣闊的深海覆蓋，而另一些系外行星則可能僅有湖泊點綴。

地球表面約71%面積被水覆蓋。其他巖質行星可能水含量類似，也可能水含量更少，當然還可能全球被海洋覆蓋。圖源：國家航空航天局戈達德航天中心Reto St?ckli.

此外，一些行星被其環(huán)繞的恒星潮汐鎖定，行星有一面一直朝向主恒星，就像月球只有一面朝著地球一樣。這種現(xiàn)象會導致行星難以維持氣候平衡，因為理論上，行星大氣層和海洋會對白晝側和黑夜側接收到的恒星能量進行重新分配，而一顆潮汐鎖定行星，熱能則主要停留在面朝恒星的那一側。

外星氣候模擬器——氣候模型模擬系外行星的陸地情況

目前，多倫多大學的研究人員表示他們已經(jīng)設計出一個全新三維氣候模型——外星氣候模擬器。該模型模擬了巖質類地行星兩種不同的白晝側場景。這兩種場景布局基本完全相反：一種場景下，行星白晝側有被海洋包圍的圓形陸地；另一種場景下，則是被陸地包圍的圓形海洋。這便是假想的“眼球星球”，一種白晝側中心有海洋或其他顯著地理特征的潮汐鎖定行星。

上述兩種場景模型中，均會對圓形區(qū)域的大小進行調(diào)整，以便更好地顯示可用土地的占比變化對行星整體氣候的影響。模型還研究了不同的陸地分布情況下，行星白晝側的凈降水量、云量和表面溫度的變化。此外，塵土因為會降低干旱大陸的溫度而能極大地影響行星氣候，雖然該研究并未涉及這點，但論文中卻有提起。

研究人員設置了20%、40%、60%和80%白晝側土地覆被下的10-12種模型。

多倫多大學研究生伊芙琳·麥克唐納（此前系麥吉爾大學研究生）在2022年7月11日于英國華威大學舉辦的全國天文大會上提出了有關研究的最新發(fā)現(xiàn)。圖源：麥吉爾大學

對行星氣候的巨大影響

該論文概述如下：

行星表面的情況會顯著影響其氣候和宜居性。研究中，我們在兩種完全相反且極端的大陸分布情況下，即所有陸地或所有海洋都集中在星下點上，使用3D大氣環(huán)流模型“外星氣候模擬器”系統(tǒng)地改變一個同步旋轉的溫帶巖質行星白晝側的土地覆被。

結果究竟如何呢——研究表明，陸地位置和陸地總量的確能顯著影響行星氣候。

如果一個行星在白晝側擁有相似的陸地總量，但布局相反（即一種是海洋包圍陸地，另一種是陸地包圍海洋），那么行星地表平均溫差能達20攝氏度（36華氏溫度）。液態(tài)海洋面積和大氣水蒸氣含量呈正相關。正如所料，如果一顆行星有更多的陸地，則其白晝側氣候會更加炎熱干燥，云層和降雨也會限制在較小的中部區(qū)域內(nèi)。

一種假想的水之世界，類似于本次新研究中一種較小海洋完全被陸地包圍的行星模型。科學家們稱之為“眼球行星”，即白晝側中心有海洋（或其他顯著地理特征）的潮汐鎖定行星。圖源：eburacum45/ DeviantArt網(wǎng)站

展望外星生命

陸地的位置和總量在行星潛在可居住性中扮演著至關重要的角色，而一個行星越適宜居住，那么有生命棲息于此的機會也就越大。正如伊芙琳·麥克唐納所推測：探索宇宙中除地球以外是否有生命存在是天文學屆乃至整個科學屆的重要挑戰(zhàn)。我們的研究論證了類地行星上的陸地情況對其氣候有著巨大影響，這將有助于天文學家們在借助儀器比如詹姆斯韋伯空間望遠鏡觀測行星時更好地詮釋他們所看到的景象。

要旨：多倫多大學一項新研究展示了巖質行星的陸地位置和總量是如何影響其氣候和宜居性的，該研究使用了一種叫“外星氣候模擬器”的特殊新型3D氣候模型模擬類地行星。

BY:Paul Scott Andersonand

FY: 克萊登大學神秘博士

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