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系外行星表面或存有机物质组成巨大海洋

发布时间:2011年04月23日 06:16 | 进入复兴论坛 | 来源:中国台湾网

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  这是一张艺术想象图,模拟了红矮星Gliese581周围行星系统的情景。远处的红色星球即是Gliese581,而最近那颗岩石行星据信拥有5倍地球质量,并且位于“宜居带”之内。其表面温度可能允许其存在液态水。

  据美国太空网报道,根据一项新的研究显示,宇宙中围绕红矮星运行的系外行星,甚至没有任何母恒星的“流浪行星”,其表面可能都存在着由有机物质组成的海洋。这使得这些外星世界非常类似土星的卫星――土卫六(Titan)。

  土卫六是太阳系中唯一一颗拥有浓密大气层的卫星,其表面大气压甚至超过地球。同时它也是除地球之外唯一一颗确认地表存在液态物质的星球。土卫六的表面有着巨大的海洋,但里面不是水,而是液态的甲烷。这不禁会让人联想,这样的环境是否可能孕育出生命形式?就像地球上的水环境孕育了地球生命那样?

  不过这样的生物如果存在,一定和我们的生理机制非常不同。它们可能和地球生物一样以有机物为食,不过呼吸的是氢气,呼出甲烷气体。

  美国宇航局埃姆斯研究中心的科学家克里斯托弗 麦克凯(ChristopherMcKay)表示:“长期以来天体生物学家一直以液态水作为生命宜居环境的特征,这在地球上当然如此。但是现在有越来越多的科学家认为液态甲烷或许可以取代液态水的地位,构成生命生存的必要环境。”

  土卫六表面的海洋

  假如土卫六不是围绕土星运转,而是围绕太阳运转的一颗大行星,它是否还能保持住它表面的海洋呢?对于这个问题,麦克凯和行星科学家阿什利 吉利安姆(AshleyGilliam)计算了一个类似土卫六的行星世界,如果围绕一颗M4型恒星(一种暗淡的红矮星)运行可能将发生的情况。

  “我们之所以选择红矮星作为模拟对象,是因为这种恒星是宇宙中最为常见的恒星类型。”吉利安姆说。“因此如果我们将来真的找到一颗类似土卫六的系外行星,它极有可能是围绕一颗M4型红矮星运行,而不是太阳那样的恒星。”

  研究中,他们同时还考虑了这样一颗行星围绕一颗M3恒星运行的情景。这种恒星同样是一种红矮星,但稍亮。恒星Gliese581就属于这一类别,研究已经确认这颗恒星周围拥有一个大型的行星系统。

  吉利安姆说:“我们选择对Gliese581行星系统进行细致研究,是因为我们相信这一行星系统中那些气态巨行星的卫星中,可能允许一颗类似土卫六那样的卫星存在。”

  红矮星发出的光中红外线的成分要多于太阳这样的主序星。因此将有相对更多的光线抵达这样一颗行星的地表,因为对于类似土卫六大气那样的雾霾而言,红外线的穿透力相对较强。

  如果将土卫六置于一个红矮星系统中的特定轨道位置,使其能接受到和在太阳系中相同的光照强度。那么,由于红外线更强的穿透力,土卫六将受到额外的辐射,温度将因此上升大约10摄氏度。

  不过与此同时,由于红矮星的耀斑爆发事件频率远高于太阳,因此其释放出的高能粒子辐射和紫外辐射也要强烈得多。这样的结果可能是在土卫六的大气中形成更多的雾霾,阻挡阳光,最终导致全球性的降温。

  然而计算也显示,土卫六这样的星球是可以保存下自己的海洋的,但其距离母恒星的轨道距离必须适宜。如果它围绕一颗M4型恒星运行,那么这一距离范围是0.084~0.23AU,1AU是一个“天文单位”,相当于地球到太阳的距离,约合1.5亿公里。而如果它围绕一颗类似Gliese581的M3恒星运行,那么其距离范围大约为0.63~1.66AU。

  一颗潮湿的流浪行星

  然而,如果一颗类似土卫六的系外行星是一颗流浪星球,即它不围绕任何恒星旋转,而自由穿行于太空之中。那么这样的行星有没有可能仅仅依靠自身的地热能维持表面的海洋系统呢?根据计算,土卫六的地热能释放至少需要达到地球目前地热产热效率的20倍以上方能维持其表面温度不致降低,而这对于这样大小的一颗行星而言是不可能的。

  然而,如果这样一颗行星拥有的大气层比目前的密度增大20倍,那它就能利用大气包裹保住足够多的热量,用以维持自己地表的海洋系统不致消失。

  麦克凯表示,科学界现在并不清楚流浪行星的大气密度如何。但他认为如果一颗没有母恒星时时照耀的流浪行星想要维持自己的海洋不致冻结,它必须拥有较大的体积和质量,并且温度较高,同时还必须有一个厚厚的大气层来保护这些热量不致于过快的散失殆尽。

  有关这项研究的详细论文已经被发表在4月2日出版的在线版《行星和空间科学》期刊上。