銀河系中可能存在大量海洋行星_風聞

翻譯：周唯亮

校對：牧夫校對組

編排：陶邦惠

後台：庫特莉亞芙卡 李子琦

原文鏈接：

https://www.universetoday.com/146626/planets-with-large-oceans-are-probably-common-in-the-milky-way/

海洋星球   

圖片來源：universetoday

天文學家認為，我們太陽系中的幾顆衞星具備生命存在的條件。其中包括穀神星，木衞四，木衞二，木衞三，土衞二，土衞六，也許還有土衞四，土衞一，海衞一和矮行星冥王星。天文學家認為這些“海洋世界”的內部擁有豐富的液態水、有機分子和潮汐加熱——這些也是生命的基本條件。

這就促使我們提出一個非常重要的問題：在其他恆星系統中是否也存在類似的衞星？這就是NASA行星科學家林奈·奎克（Lynnae C. Quick）博士及其來自NASA戈達德太空飛行中心的團隊想要解決的問題。在最近的一項研究中，奎克和她的同事檢查了系外行星系統的一個樣本，發現海洋世界在我們的銀河系中十分常見。

他們最近在《太平洋天文學會會刊》上發表了題為《系外陸地行星上火山活動的速率預測和低温火山活動對系外海洋行星的影響》的研究。與奎克博士一起的合作作者還有NASA 戈達德太空飛行中心的研究員阿基·羅伯奇（Aki Roberge），行星科學研究所（PSI）的艾米·巴爾（Amy Barr Mlinar）和愛達荷大學的物理學家馬修·M·赫德曼（Matthew M. Hedman）。

木衞二內部的羽狀水蒸氣沉積在表面上，使任何有機分子都暴露在木星的輻射下。 

圖片來源：NASA / JPL-Caltech

為了進行研究，奎克博士和她的團隊考慮了銀河系的其他系統中是否也可能存在地質活動很活躍的具有內部海洋的行星。這將產生羽流活動，而未來的系外行星搜尋望遠鏡可能能夠探測到這些羽流活動。

正如奎克博士在最近的NASA新聞稿中解釋的那樣：

“水柱從木衞二和土衞二噴發出來，所以我們可以知道這些天體的冰層下有地下海洋，並且它們有驅動水柱的能量，這是我們所知道的生命存在的兩個必要條件。” 因此，如果這些地方適合居住，那麼其他行星系統中類似於此的更大的地方也可能適合居住。”

目前的望遠鏡不夠先進，還無法探測系外行星上的羽流，但與此同時奎克博士及其團隊於2017年開始進行數學分析，以瞭解太陽系外海洋世界存在的可能性。為此，他們選擇了53個系外行星，它們的大小與地球相似，儘管有些系外行星的質量高達地球質量的八倍。然後，他們試圖確定每個行星可以以熱的形式產生和釋放多少能量。

以太陽系的海洋世界為模板，這種熱量的來源有兩種可能性。第一種可能性是，地球的地殼和地幔中放射性物質（又稱為放射源熱）的緩慢衰減會釋放熱量。另一種可能性則是，潮汐力也就是另一個物體的引力使行星內部彎曲和伸展，從而產生熱量。

藝術家的渲染圖，顯示了土衞二外殼的內部橫截面，該圖展示了水熱活動引起月球表面的水流的可能機制。

圖片來源：NASA-GSFC / SVS，NASA / JPL-Caltech / Southwest Research Institute

對於像地球這樣的陸地（岩石）行星，這些熱量以火山活動和板塊構造的形式通過地殼和地幔釋放。以木衞二，土衞二，海衞一等衞星為例，它會導致低温火山（水衝破冰冷的表面形成羽狀流）的形成或冰冷外殼的遷移。無論哪種方式，知道一顆行星釋放出了多少熱量都可以幫助科學家判斷其是否適合人類居住。

例如，太多的火山活動會使行星表面變成熔化的荒地，而火山氣體會產生有毒的大氣羽流。同時，火山活動太少又會導致沒有足夠温室氣體的稀薄大氣層，從而留下寒冷、貧瘠的表面。低温火山的影響也是如此，其中過多的熱量會加熱內部的海洋，內部海洋太熱便無法維持生命，而過少的熱量則會導致海洋凍結。

最終，他們的分析證實，在所採樣的53顆系外行星中有超過四分之一（準確來説是26％，即14個行星）可能是海洋行星，並且其中大多數可能會比木衞二或土衞二釋放更多的能量。此外，該團隊還研究了TRAPPIST-1系統，該系統擁有7個岩石行星，並於2017年被天文學家確認。

該動畫圖表示，與太陽系行星（有海洋與無海洋）中的已知地質活動相比，系外行星（有海洋與無海洋）的預測的地質活動。 

圖片來源：林奈·奎克（Lynnae Quick）和詹姆斯·特拉利（James Tralie） / NASA-GSFC

鑑於對系外行星的直接研究（即直接影像法）很少，本研究中使用的分析存在很多假設和不確定性。不過，當像詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）和南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡這樣的下一代觀測儀器進入太空時，這些當前受限的對行星可居住性的研究和其他各項研究都將更加方便。

正如奎克博士的合作者、NASA戈達德太空飛行中心天體物理學家阿基·羅伯奇（Aki Roberge）所説：

“未來那些尋找太陽系以外生命跡象的任務會把重點放在像地球這樣的行星上，我們的地球擁有一個如此豐富的全球生物圈，以至於它正在改變整個大氣層的化學性質。但是在太陽系中，儘管這些擁有海洋的冰冷衞星距離太陽這一熱源非常遙遠，它們仍然具有一些我們認為是生命所必需的特徵。”

未來還會有一些探測任務，比如NASA計劃於2020年代某個時間發射的：“木衞二飛越任務”（Europa Clipper），該任務將探索木衞二的表面和地下，以瞭解有關其內部的更多信息。還有NASA的“蜻蜓任務”，蜻蜓號探測器將在2030年代到達土衞六，探索這顆衞星的大氣和地表，以瞭解更多有關其豐富的益生元條件和有機化學的信息。

這兩個任務的科學團隊成員奎克表示，“即將執行的任務將使我們有機會了解太陽系中的海洋衞星是否可以支持生命存在，如果我們發現生命的化學特徵，我們可以嘗試在星際距離尋找類似的跡象。”

通過這些可以縮小對可能居住的系外行星的搜索範圍的分析，以及這些對我們太陽系中可能適宜人類居住的星球的探測任務，科學家們將更有可能找到地球和太陽系以外的生命。根據這些最新發現，無論是地球外還是太陽系外，可能都會有大量生命存在！

延伸閲讀：（文中所提到的研究論文）

《系外陸地行星上火山活動的速率預測和低温火山活動對系外海洋行星的影響》：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1538-3873/ab9504

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