中国科学家发现太阳系外宜居行星新线索

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中国科学家发现太阳系外宜居行星新线索

2014年01月03日

来源：文汇报 作者：王乐

这一新结论，对认识系外行星适宜生命存在的可能性与未来探测适宜生命存在的行星，都具有重要的理论价值。该类行星朝阳面温度适于液态水存在，背阳面得不到恒星辐射而极端寒冷，所有大气和水分都被冻结于背阳面，不适宜生命存在。


记者今天从北京大学了解到，北大物理学院大气与海洋科学系教授胡永云研究团队日前在美国科学院院刊发表研究成果，证明了海洋热量的输送能有效改变围绕“红矮星”运行的宜居行星的气候环境和宜居性，并能极大改变太阳系外行星适宜生命存在的空间模态。这一新结论，对认识系外行星适宜生命存在的可能性与未来探测适宜生命存在的行星，都具有重要的理论价值。
地球生命在宇宙中是否惟一，太阳系外是否存在适宜生命存在的星球，始终是人类不断探索的问题。自1995年发现首颗太阳系外行星到2013年12月28日为止，已有1056颗系外行星被确认，其中12颗被认为有可能适宜生命存在。这12颗行星均为质量略大于地球的固态星球，通常称为“超级地球”。针对这些行星上气候、环境如何，其变化受哪些因素影响的问题，目前科学界公认：适宜类似地球生命存在的最关键条件是液态水的存在，因此行星适宜生命存在的关键在于表面温度能否保证液态水长期存在——表温介于约0至70摄氏度间。
此次胡永云教授团队将研究目标定为“红矮星”附近的宜居行星，缘于“红矮星”是宇宙中数量最多的恒星(占宇宙恒星总量约80%)，且该类恒星辐射温度较低，较易探测。但同时，由于“红矮星”与其宜居行星距离太近，恒星与行星间较强的引力导致行星的一面永远面对“红矮星”(永久白天)，另一面永远背对“红矮星”(永久黑夜)。该类行星朝阳面温度适于液态水存在，背阳面得不到恒星辐射而极端寒冷，所有大气和水分都被冻结于背阳面，不适宜生命存在。
对此，我国科学家首次强调了海洋热量输送对锁相行星气候的影响，进行了两种不同数值模拟试验，一为不考虑海洋热量输送，二为考虑海洋热量输送、海冰运动以及海冰-反照率反馈等物理和动力过程；而此前，所有关于系外行星宜居性的研究均未关注海洋气候效应。

胡永云教授团队依据地球气候中海洋热量输送对气候重要性与大气热量输送同等重要，同时依据行星质量愈大、包含水分愈多，且超级地球重力较大、山峰较低，行星表面极可能完全被海洋覆盖，假定“超级地球”是一个“水世界”。最终的试验结果证明：在大气和海洋自朝阳面向背阳面输送热量的情况下，不仅大气层不会在背阳面坍塌，水分也不会冻结在背阳面。相反，海洋热量输送能有效扩大开放海域面积，极大改变宜居行星的气候空间模态。科学家进一步论证，如果“红矮星”附近的超级地球确为海洋世界，那么这类行星将只能位于红矮星附近相对狭窄的范围内——如距离母星太近，海洋热量输送将使行星进入温室逃逸状态，如太远，又会使其进入全冰封状态。换言之，海洋的存在将使传统上所认为的恒星周围的宜居带变窄。
科学家表示，这一关于太阳系外行星适宜生命存在的新结论，或为未来识别系外行星宜居性提供重要的理论基础。