兩種力可以將無法居住的“迷你海王星”變身宜居行星 _太陽

比太陽更小更昏暗且的恒星周圍可能存在宜居的超級地球
（報(bào)道）據(jù)鳳凰科技（編譯/嚴(yán)炎劉星）：科學(xué)日報(bào)報(bào)道，兩個(gè)據(jù)稱會(huì)影響行星潛在可居住性的現(xiàn)象——潮汐引力和激烈的恒星運(yùn)動(dòng)——可能可以幫助環(huán)繞低質(zhì)量恒星的某些行星上生命存活的幾率，根據(jù)美國華盛頓大學(xué)的天文學(xué)家的發(fā)現(xiàn) 。在發(fā)表在本月期刊《天體生物學(xué)》上的一篇文章里，華盛頓大學(xué)的博士研究生羅德里格•盧格（Rodrigo Luger）和研究合作作者、研究助理教授洛里•巴恩斯(Rory Barnes)表示，結(jié)合這兩種力可以將無法居住的“迷你海王星”——擁有固態(tài)核心和厚厚的氫大氣層的外軌道巨大行星——轉(zhuǎn)變?yōu)榻壍馈o氣體、潛在可居住的世界。
銀河系里大多數(shù)恒星都是低質(zhì)量恒星，也被稱為M矮恒星。比太陽更小更昏暗且具有更近的宜居帶，這些恒星成為尋找和研究潛在可居住行星的目標(biāo) 。天文學(xué)家期待在不久的將來在這些恒星的可居住區(qū)發(fā)現(xiàn)更多類似地球和“超級地球”的行星，因此了解它們是否支持生命的存在非常重要。
超級地球是質(zhì)量比地球大、但又比氣體巨星，例如海王星和天王星小的行星。恒星的可居住區(qū)（又稱宜居帶）是環(huán)繞恒星的一片區(qū)域，它使得環(huán)繞的巖石行星表面有液態(tài)水的存在，從而潛在的支持生命的存在。
“地球上有很多過程可能可以忽略，但它們卻會(huì)影響M矮恒星行星的可居住性。” 盧格說道。“兩個(gè)重要的因素就是強(qiáng)烈的潮汐引力和猛烈的恒星活動(dòng) 。”潮汐引力是指恒星對環(huán)繞行星的拖拽作用，在行星的近日面，也就是面朝宿主恒星的一面潮汐引力將較強(qiáng)，而在遠(yuǎn)日面則較弱，因?yàn)橐?huì)隨著距離的增加而減小。這一拖拽作用可能會(huì)將行星拉伸成橢圓或者類似雞蛋的形狀，并潛在的導(dǎo)致行星朝恒星靠近。
“這就是地球上有海洋潮汐的原因，因?yàn)樵虑蚝吞柕某毕ν献еＱ螅瑥亩鴦?chuàng)造（海洋）高潮時(shí)產(chǎn)生水面上升。” 盧格解釋道。“幸運(yùn)的是，在地球上只有海洋里的水被扭曲，且扭曲程度也就是幾英尺的高度。但近軌道行星，例如位于M矮恒星可居住區(qū)的行星，則會(huì)經(jīng)歷更強(qiáng)烈的潮汐引力。”
這種拉伸作用會(huì)導(dǎo)致行星內(nèi)部的摩擦，從而釋放大量能量。這會(huì)推動(dòng)表面火山活動(dòng)，有的時(shí)候甚至可能加熱行星至失控的溫室狀態(tài)，煮沸海洋，也扼殺了所有可居住性的可能性。
猛烈的恒星運(yùn)動(dòng)也會(huì)摧毀環(huán)繞低質(zhì)量恒星的行星上生命存在的可能性。M矮恒星在年輕時(shí)非常明亮，能夠釋放大量高能量X射線和紫外線輻射，后者可以加熱行星上層大氣層、刮強(qiáng)風(fēng)侵蝕整個(gè)大氣層。在最新的文章里，盧格和巴恩斯顯示這樣的恒星活動(dòng)可能在形成后的前幾百萬年就導(dǎo)致行星整個(gè)表面的水全部消失。
“但事情不一定是聽上去這么陰暗，” 盧格解釋道。利用計(jì)算機(jī)模型，研究合作者發(fā)現(xiàn)潮汐引力和大氣逃逸有時(shí)候可以將迷你海王星塑造成無氣體、潛在可居住的世界。那么這樣的轉(zhuǎn)變是如何發(fā)生的呢？
迷你海王星一般形成于距離宿主恒星非常遙遠(yuǎn)的位置，冰分子與氫和氦氣體大量結(jié)合從而形成冰/巖石核心，外面包裹著巨大的氣體大氣層。“它們最初是寒冷的不可居住的星球，” 盧格說道。“但是行星并非總停留在遠(yuǎn)處，潮汐引力，以及其它的過程誘發(fā)了行星朝內(nèi)移動(dòng) 。”這個(gè)過程可能導(dǎo)致迷你海王星進(jìn)入宿主恒星的可居住區(qū)，在那里它們暴露在更高的X射線和紫外線輻射下。
這會(huì)導(dǎo)致大氣層大氣快速流失至太空，有時(shí)候會(huì)留下一個(gè)位于可居住區(qū)的無氫巖石世界。研究合作者將這樣的行星稱為“可居住的蒸發(fā)核心” 。“這樣的行星很可能擁有大量表面水，因?yàn)樗暮诵母缓?。” 盧格表示。“一旦位于可居住區(qū) ，冰就會(huì)融化形成海洋， ”潛在的或可能導(dǎo)致生命的出現(xiàn) 。
盧格和巴恩斯表示這樣的行星要變得宜居，還需要滿足很多其它的條件。其中之一就是合適的大氣層，從而實(shí)現(xiàn)全球營養(yǎng)物質(zhì)的創(chuàng)造和循環(huán) 。另一個(gè)就是時(shí)機(jī) 。如果在行星形成過程中，氫和氦的丟失太少，那么厚重的氣體外衣將導(dǎo)致巖石陸地行星無法形成。如果行星丟失氫的速率過快，那么就會(huì)產(chǎn)生逃逸的溫室狀態(tài)，所有的水都會(huì)丟失至太空。
【兩種力可以將無法居住的“迷你海王星”變身宜居行星】“底線就是這個(gè)過程——將迷你海王星轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃频厍虻氖澜纭獞?yīng)該是環(huán)繞M矮恒星的可居住行星的形成的一個(gè)通道。” 盧格解釋道。那么它們是否真的會(huì)變得宜居？這還有待未來的研究。“無論怎樣，這些蒸發(fā)核心很可能已經(jīng)位于恒星的可居住區(qū)，很多在未來有待發(fā)現(xiàn) 。”