發(fā)現(xiàn)不僅系外行星上有水而且衛(wèi)星上也有，生命或許不止于地球！

幾年前行星科學(xué)家林奈·奎克開始懷疑，在已知的4000多顆系外行星中，是否有任何一顆可能與木星和土星周圍一些含水衛(wèi)星相似。雖然其中一些衛(wèi)星沒有大氣層，并且被冰覆蓋，但它們?nèi)匀皇敲绹詈骄郑∟ASA）尋找地球以外生命的首要目標(biāo)之一。土星的衛(wèi)星土衛(wèi)二和木星衛(wèi)星木衛(wèi)二就是很好的例子，科學(xué)家們將其歸類為“海洋世界”。美國宇航局專門研究火山和海洋世界的行星科學(xué)家奎克說：

從木衛(wèi)二和土衛(wèi)二噴出的水柱，可以斷定，這些天體的冰殼下面有地下海洋，它們有驅(qū)動(dòng)這些羽流的能量，這是我們所知生命的兩個(gè)必要條件。因此，如果認(rèn)為這些地方可能是宜居的，那么也許其他行星系統(tǒng)中的這些地方也是宜居的。假設(shè)很多星系中存在類似于木衛(wèi)二和土衛(wèi)二的行星衛(wèi)星。而且，它們?cè)诘刭|(zhì)上是否也足夠活躍，可以將地下羽流射入它們的表面，有朝一日可能會(huì)被望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到。

通過對(duì)數(shù)十顆系外行星（包括TRAPPIST-1系統(tǒng)中的行星）的數(shù)學(xué)分析，研究人員了解到了一些重要的東西：研究的系外行星中，超過四分之一可能是海洋世界，其中大多數(shù)可能在表層冰層下藏匿著海洋，類似于木衛(wèi)二和土衛(wèi)二。此外，這些行星中的許多可能比木衛(wèi)二和土衛(wèi)二釋放更多能量。有朝一日，科學(xué)家們或許可以通過測(cè)量系外行星發(fā)出的熱量，或者通過探測(cè)行星大氣中分子發(fā)出光中的火山或冷火山（液體或蒸汽，而不是熔巖）噴發(fā)，來檢驗(yàn)這些預(yù)測(cè)。

宜居世界

目前，科學(xué)家們還不能看到許多系外行星的任何細(xì)節(jié)，因?yàn)閷?shí)在太遠(yuǎn)了，被星光淹沒了。但是，通過考慮唯一可用的信息（系外行星的大小、質(zhì)量和與其恒星的距離），科學(xué)家可以利用數(shù)學(xué)模型和對(duì)太陽系的理解，試圖想象可能正在將系外行星塑造成宜居世界的條件。這些數(shù)學(xué)模型中的假設(shè)是有根據(jù)的猜測(cè)，可以幫助科學(xué)家縮小有希望的系外行星名單，以尋找有利于生命的條件，以便美國宇航局（NASA）未來發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡或其他太空任務(wù)可以后續(xù)進(jìn)行研究。

未來尋找太陽系以外生命跡象的任務(wù)，將集中在像地球這樣擁有豐富全球生物圈的行星上，這些生物圈如此豐富，以至于正在改變整個(gè)大氣層的化學(xué)成分。但在太陽系中，遠(yuǎn)離太陽熱量的冰凍衛(wèi)星上有海洋，它們?nèi)匀伙@示出它們具有生命所必需的特征。為了尋找可能的海洋世界，研究團(tuán)隊(duì)選擇了53顆大小與地球最相似的系外行星，盡管它們的質(zhì)量可能高出8倍?？茖W(xué)家們假設(shè)，這種大小的行星更多的是巖態(tài)行星，而不是氣態(tài)行星，因此，更有可能在其表面或表面以下支撐液態(tài)水。

自開始研究以來，至少又發(fā)現(xiàn)了30多顆符合這些參數(shù)的行星，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《太平洋天文學(xué)會(huì)》期刊上。確定了地球大小的行星后，研究團(tuán)隊(duì)試圖確定每顆行星能產(chǎn)生多少能量，并以熱量的形式釋放出來。研究小組考慮了兩個(gè)主要的熱源，第一種是放射性熱能，由行星地幔和地殼中放射性物質(zhì)的緩慢衰變產(chǎn)生，歷時(shí)數(shù)十億年。衰變的速度取決于行星的年齡和地幔質(zhì)量，其他科學(xué)家已經(jīng)為地球大小的行星確定了這些關(guān)系。

因此，研究團(tuán)隊(duì)假設(shè)每顆行星的年齡與其恒星相同，其地幔占行星體積的比例與地球地幔相同。接下來，研究人員計(jì)算了其他方式產(chǎn)生的熱量：潮汐力，這是當(dāng)一個(gè)物體圍繞另一個(gè)物體運(yùn)行時(shí)，重力牽引產(chǎn)生的能量。行星在橢圓形的軌道上繞著它們旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)移動(dòng)它們與恒星之間的距離。這會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)物體之間的引力發(fā)生變化，并導(dǎo)致行星“伸展”，從而產(chǎn)生熱量，最終熱量通過表面散失到太空中。另外就是通過火山或冰冷火山，另一種途徑是通過構(gòu)造，這是一種地質(zhì)過程，負(fù)責(zé)行星或衛(wèi)星最外層的巖石或冰層運(yùn)動(dòng)。

有水系外衛(wèi)星

無論熱量是以哪種方式釋放出來，知道一顆行星排出了多少熱量都是很重要的，因?yàn)樗赡軟Q定是否適合居住。例如，太多的火山活動(dòng)可能會(huì)把一個(gè)宜居世界變成一個(gè)熔化地獄。但是，太少的話可能會(huì)關(guān)閉組成大氣的氣體釋放，留下寒冷、貧瘠的表面。恰到好處的量可以支持像地球這樣宜居、潮濕的行星，或者像木衛(wèi)二這樣可能宜居的衛(wèi)星。在接下來的十年里，美國宇航局歐羅巴快艇將探索歐羅巴的表面和亞表面，并提供關(guān)于表面下環(huán)境的洞察。

科學(xué)家對(duì)木衛(wèi)二和太陽系其他潛在宜居衛(wèi)星的了解越多，就越能更好地了解其他恒星周圍類似的世界，根據(jù)發(fā)現(xiàn)，這可能是豐富的。即將到來的任務(wù)將給我們一個(gè)機(jī)會(huì)，看看太陽系中的海洋衛(wèi)星是否可以支持生命，如果發(fā)現(xiàn)生命的化學(xué)信號(hào)，就可以嘗試在星際距離尋找類似的信號(hào)。當(dāng)韋伯望遠(yuǎn)鏡發(fā)射時(shí)，科學(xué)家們將試圖檢測(cè)TRAPPIST-1系統(tǒng)中一些行星大氣中的化學(xué)特征，該系統(tǒng)位于寶瓶座，距離地球39光年，有7顆地球大小的行星。

科學(xué)家通過確定每一顆行星的表面溫度，預(yù)測(cè)這些系外行星上有海洋。這些信息是通過每顆行星反射到太空中的恒星輻射量來揭示，每顆行星密度以及與地球相比它產(chǎn)生的內(nèi)部熱量的估計(jì)數(shù)量。如果看到一顆行星的密度比地球密度低，這表明那里可能有更多的水，而沒有那么多的巖石和鐵。如果行星的溫度允許液態(tài)水存在，也就有了海洋世界。但如果一顆行星的表面溫度低于32華氏度(0攝氏度)，那里的水被凍結(jié)，那么就會(huì)有一個(gè)結(jié)冰的海洋世界，而這些行星的密度甚至更低。

博科園｜研究/來自：美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心

研究發(fā)表期刊《太平洋天文學(xué)會(huì)》

DOI: 10.1088/1538-3873/ab9504