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星系中有海洋的行星很常见吗美国宇航局科学

发布时间:2025/7/20 12:08:13   点击数:
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几年前,行星科学家LynnaeQuick开始怀疑4,多颗已知系外行星或我们太阳系以外的行星是否会类似于木星和土星周围的一些水满月。

尽管其中一些卫星没有大气层并被冰层覆盖,但它们仍是NASA寻找地球以外生命的首要目标之一。

科学家归类为“海洋世界”的土星卫星“土卫二”和木星卫星“欧罗巴”就是很好的例子。

专门研究火山和海洋世界的美国航天局行星科学家奎克说:“水柱从欧罗巴和土卫二喷发出来,所以我们可以知道这些天体的冰层下有地下海洋,它们有驱动这些水柱的能量,这是我们所知的对生命的两个要求。因此,如果我们认为这些地方可能适合居住,那么在其他行星系统中,它们的更大版本也可能适合居住。”

很快,位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心决定,从理论上来说,探索银河系中是否存在类似于欧罗巴和土卫二的行星。而且,它们是否也具有足够的地质活动能力,可以通过其表面射出羽状物,有一天有可能被望远镜探测到。

通过对数十个系外行星的数学分析,包括附近的TRAPPIST-1系统中的行星,Quick和她的同事们学到了一些重要的东西:他们研究的系外行星的四分之一以上可能是海洋世界,其中大部分可能藏在海平面以下的海洋中。地表冰,类似于欧罗巴和土卫二。此外,这些行星中的许多行星可能比欧罗巴和土卫二释放更多的能量。

科学家也许有一天能够通过测量系外行星发出的热量或检测行星大气中分子发出的光的波长中的火山爆发或低温火山爆发(液体或蒸气而不是熔融岩石)来检验Quick的预测。

目前,科学家无法看到许多太阳系外行星的任何细节。唉,他们太远了,太被他们的星光淹没了。但是通过考虑现有的唯一信息——系外行星的大小、质量和离恒星的距离——像奎克和她的同事这样的科学家可以利用数学模型和我们对太阳系试着想象将外行星塑造成宜居世界的条件。

这些数学模型中的假设是有根据的猜测,但它们可以帮助科学家缩小有希望的系外行星的清单,以寻找有利于生命的条件,以便美国宇航局即将进行的詹姆斯·韦伯太空望远镜或其他太空任务能够跟进。

美国宇航局戈达德天体物理学家AkiRoberge说:“寻找太阳系以外生命迹象的未来任务集中在像我们这样的行星上,这些行星拥有如此丰富的全球生物圈,正在改变整个大气层的化学性质。但是在太阳系中,远离海洋的冰冷的卫星与海洋融为一体,仍然表明我们具有生命所必需的特征。”

为了寻找可能的海洋世界,Quick的团队选择了53个系外行星,它们的大小与地球最相似,尽管它们的质量可能高出八倍。

科学家认为,这种大小的行星比气态的行星更坚固,因此更有可能在其表面或下方支撑液态水。自Quick和她的同事于年开始研究以来,已经发现了至少30个符合这些参数的行星,但这些分析未包括在内。该分析与6月18日发表在《太平洋天文学会》杂志上。

在确定了地球大小的行星之后,Quick和她的团队试图确定每个人可以产生多少能量并以热量的形式释放出来。研究小组考虑了两个主要的热源。

首先是辐射热,它是由行星地幔和地壳中放射性物质的缓慢衰变而产生的,其寿命长达数十亿年。衰变的速度取决于行星的年龄和地幔的质量。其他科学家已经为地球大小的行星确定了这些关系。

因此,Quick和她的团队将衰减率应用于其53个行星的清单中,假设每个行星与它的恒星年龄相同,并且其地幔所占的比例与地球地幔所占的比例相同。

接下来,研究人员计算了由其他物质产生的热量:潮气,潮气是当一个物体绕另一个物体运行时,由引力产生的能量。处于伸展轨道或椭圆轨道的行星在绕其旋转时会移动其自身与恒星之间的距离。这导致两个物体之间的重力发生变化,并使行星伸展,从而产生热量。最终,热量通过表面散失到空间中。

热量的一种排出途径是通过火山或冰晶。另一种途径是通过构造学,这是负责行星或月球最外层岩石或冰层运动的地质过程。无论以哪种方式散发热量,知道一个行星排出多少热量都是很重要的,因为它可能导致或破坏可居住性。

例如,过多的火山活动可能将宜居的世界变成一场噩梦。但是,活动太少会阻止构成大气的气体释放,从而留下寒冷,贫瘠的表面。适量的水可以支撑宜居的,潮湿的星球(例如地球)或可能宜居的卫星(例如欧罗巴)。

在接下来的十年中,美国宇航局(NASA)的欧罗巴快船(EuropaClipper)将探索欧罗巴的表层和地下,并提供有关表层以下环境的见识。根据今天的发现,越多的科学家可以了解欧罗巴和我们太阳系的其他潜在宜居卫星,他们越能更好地理解其他恒星周围的类似世界-可能很多。

Quick说:“即将到来的任务将使我们有机会了解太阳系中的海月卫星是否可以维持生命。他是快船任务和对土星卫星泰坦的蜻蜓任务的科学团队成员。如果我们发现生命的化学特征,我们可以尝试在星际距离寻找相似的迹象。”

韦伯发射时,科学家将尝试在TRAPPIST-1系统中检测某些行星大气中的化学特征,TRAPPIST-1系统距水瓶座39光年。

年,天文学家宣布该系统有七个地球大小的行星。有些人认为其中一些行星可能是水,而Quick的估计支持了这一想法。根据她的小组的计算,TRAPPIST-1e,f,g和h可能是海洋世界,这将使它们成为本研究中科学家鉴定出的14个海洋世界之一。

研究人员通过考虑每个系外行星的表面温度,预测这些系外行星具有海洋。每个行星反射到太空中的恒星辐射量揭示了这一信息。Quick的团队还考虑了每个行星的密度以及与地球相比产生的内部热量的估计值。

Quick说:“如果我们发现行星的密度低于地球的密度,则表明那里可能存在更多的水,而不是那么多的岩石和铁,如果行星的温度允许液态水,那么您就拥有了海洋世界。

但是,如果行星的表面温度低于32华氏度(0摄氏度),水就会冻结,那么我们的海洋世界就会冰冷,这些行星的密度甚至更低。”



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