洋流，季風(fēng)？該如何使潮汐鎖定的星球變得宜居？

高速運轉(zhuǎn)的洋流能否中和存在極端氣候的系外行星？

高轉(zhuǎn)速能夠使被潮汐鎖定的星球變得宜居

在科學(xué)家的描述中，比鄰星b 有近似于地球的大小，同時它沿著紅矮星——比鄰星軌道上的“宜居帶”內(nèi)運轉(zhuǎn)。但是比鄰星b似乎被潮汐鎖定了，因為它總是以同一面朝向它的宿主星。（圖片源自：ESO/M. Kommesser）

天文學(xué)家們一直在小小的紅色恒星附近尋找可能存在的宜居星球。但是那些星球幾乎都是被潮汐鎖定的，因為它們總是用相同的一面朝著它們的宿主星。

這些跡象表明了想要在那些外星球上生存是十分困難的，但是最新的研究可能發(fā)現(xiàn)了使那些星球降溫的方法：讓那些星球上的海洋流動速度高于它們的自轉(zhuǎn)速度。

把它鎖住

我們已經(jīng)那顆紅矮星附近發(fā)現(xiàn)了大量的系外行星。在NASA的開普勒計劃（這個計劃由凌星系外行星巡天衛(wèi)星和大量地基計劃組成）的幫助下（它的數(shù)據(jù)庫在天文望遠鏡廢棄后仍然由富余），天文學(xué)家通過在運行軌道上繞行來探索那些遠距離行星，最終目的就是：找到一顆圍繞類太陽恒星運轉(zhuǎn)的類地行星，與此同時它們之間的距離必須足夠合適，這顆恒星散發(fā)的熱量足以融化行星上覆蓋的冰，但又不至于把冰全部融化蒸發(fā)。

這就是所謂的“宜居帶”，位于宜居帶的行星上的液體能夠維持在一種良性循環(huán)的狀態(tài)。盡管我們還沒有找到完全像地球那樣適合我們生存的星球，但我們找到了一顆類似的：這些行星和地球差不多大，在宜居帶內(nèi)繞行，不同的是它們圍繞一顆紅矮星運轉(zhuǎn)。

令人感到驚奇的是，紅矮星是目前在星系中最普遍的恒星，因此我們一定能在眾多紅矮星的宜居帶處發(fā)現(xiàn)大量行星，但與此同時這些行星很多都是被潮汐鎖定的，這也讓人感到沮喪。

當(dāng)一個小的星體靠近大的星體時（就好比月球圍繞地球運轉(zhuǎn)，行星圍繞恒星運轉(zhuǎn)），偏大的星體會在小的星體上引發(fā)潮汐現(xiàn)象（嚴格意義上來說，小星體也能在大星體上誘發(fā)潮汐，但它們幾乎是微不足道的，我們沒有必要去關(guān)注）。當(dāng)那些潮汐匯聚在一起時，小的星體會逐漸呈現(xiàn)出一種不平衡的狀態(tài)：不是恢復(fù)到以往正常的自轉(zhuǎn)狀態(tài)，而是趨向于“被鎖定”。這種鎖定狀態(tài)會迫使小星體在特定的軌道上圍繞大星體運轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象就好比我們所看到的滿月，在滿月時月球就被地球潮汐鎖定了，它總是以相同的一面朝向地球，并且直到宇宙終結(jié)我們也不可能一睹月球背面的真容。

最優(yōu)的自轉(zhuǎn)狀態(tài)

潮汐鎖定是我們目前已知最壞的情況了。如果你身處于一顆圍繞紅矮星公轉(zhuǎn)的行星，來自紅矮星的光照太微弱了，微弱到幾乎只有貼著這顆紅矮星才能使這顆行星產(chǎn)生宜居帶，但是太近的距離意味著你會潮汐鎖定的現(xiàn)象影響到，也就是說在這種情況下行星的一面會一直面對著恒星，而另一面會陷入永夜的狀態(tài)。

總而言之，即使這個星球整體的平均氣溫是適合人居住的，它的一面也會過于炎熱而另一面會過于寒冷。

除非有把熱量從炎熱地區(qū)轉(zhuǎn)移到寒冷地區(qū)的方法。

由于地球自帶傾斜角度，它不能夠均勻地從太陽獲得熱量，盡管如此，它能通過季風(fēng)和洋流運輸熱量來使氣候變得適宜。

但是如果要在一個潮汐鎖定的星球上高效地傳遞熱量，季風(fēng)和洋流就必須維持高速運轉(zhuǎn)的狀態(tài)——如果想要中和兩極分化嚴重的氣候，它們的運轉(zhuǎn)速度就必須快于星球自轉(zhuǎn)速度。

這種高速運轉(zhuǎn)的現(xiàn)象在行星大氣中常常發(fā)生。舉個例子，當(dāng)金星花費243個地球日慢吞吞自轉(zhuǎn)一圈的同時，其大氣每四個地球日就圍繞表面流通一圈。土衛(wèi)六，土星最大的一顆衛(wèi)星，很有可能具備一個高速運轉(zhuǎn)的大氣環(huán)境。對于地球來說也是如此：赤道上方的高氣壓也能夠達到一種高速運轉(zhuǎn)的狀態(tài)。

高速運轉(zhuǎn)的大氣覆蓋面很廣，但是事實上它通過水而不是大氣來傳遞熱量。如果一顆被潮汐鎖定的系外行星想要維持溫和的氣候，那么它的洋流也同時需要呈現(xiàn)一種高速運轉(zhuǎn)的狀態(tài)。

系外星球上存在的物理現(xiàn)象

最近，一篇被刊登在arXiv上的新論文陳述了一些對系外星球的探索與收獲。這篇新論文給我們帶來了一些好消息：一些系外行星處于潮汐鎖定環(huán)境中的同時產(chǎn)生了高速運轉(zhuǎn)的洋流。根據(jù)這篇論文來看，這些系外行星上存在的高速運轉(zhuǎn)的海洋最開始是由猛烈的風(fēng)引起的，緊接著又和海洋深處的洋流相遇，形成進一步擴增。在一些存在自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的星球上，這些耦合波是很常見的，地球也不例外。這些耦合波中蘊含著巨大的壓力和激流。

在一顆被潮汐鎖定的星球上，耦合波的現(xiàn)象同樣也存在。這些波浪相遇后相互作用，進一步引起更大更高流速的海浪，這種海浪的運轉(zhuǎn)速度遠高于星球的自轉(zhuǎn)速度。

研究表明這些高速運轉(zhuǎn)的洋流只會出現(xiàn)在中緯線附近，但與此同時這些洋流系統(tǒng)也會被各種不知名因素破壞。舉個例子來說，如果洋流途徑一個面積大到足以使它停止運轉(zhuǎn)的大陸，那么洋流就會被大陸一點點消磨直至徹底消失。如果星球本身傾斜角度太大了或者海洋深度不足，也會導(dǎo)致洋流無法形成。

盡管如此，高速運轉(zhuǎn)的洋流也是有可能出現(xiàn)在被潮汐鎖定的星球上的，只有存在這樣的洋流，這些系外行星才有孕育外星生命的可能性。星球的生命力能有多旺盛，取決于它運輸大氣和洋流的能力。

BY:Paul Sutter

FY: 冬逝

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請在作品發(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處