研究人員稱，系外行星的氣候：從宜居到地獄不費吹灰之力 _系外行星

失控的溫室效應(yīng)可以將一個表面有液態(tài)水海洋的溫和宜居星球轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€對任何生命都不利的熱蒸汽主導的星球。貸記:Thibaut Roger / UNIGE
據(jù)日內(nèi)瓦大學：地球是一個奇妙的藍綠色圓點，覆蓋著海洋和生命，而金星是一個黃色的貧瘠球體，不僅不適宜居?。?而且貧瘠。然而，兩者的差別只是溫度的幾度而已。來自日內(nèi)瓦大學(UNIGE)的一組天文學家在CNRS實驗室的支持下，成功模擬了失控的溫室過程，這是世界上第一次能夠?qū)⒁粋€星球的氣候從田園詩般的適合生命生存的環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€更加惡劣和充滿敵意的環(huán)境。
科學家們還證明，從過程的初始階段開始，大氣結(jié)構(gòu)和云層覆蓋發(fā)生了重大變化，導致幾乎不可阻擋且非常復(fù)雜的逆轉(zhuǎn)失控的溫室效應(yīng) 。在地球上，隨著太陽亮度的輕微上升，全球平均溫度僅上升幾十度，就足以引發(fā)這一現(xiàn)象，并使我們的星球適合居住。這些結(jié)果發(fā)表在《天文學和天體物理學》上。
溫室效應(yīng)失控的想法并不新鮮。在這種情況下，一顆行星可能會從地球上的溫和狀態(tài)演變?yōu)檎嬲牡鬲z，表面溫度超過1000攝氏度。原因是什么？水蒸氣，一種天然的溫室氣體。水蒸氣阻止了地球吸收的太陽輻射以熱輻射的形式重新射向太空。它收集熱量有點像救生毯。少量的溫室效應(yīng)是有用的——沒有它，地球的平均溫度將低于水的冰點，看起來像一個覆蓋著冰的球，對生命不利。
另一方面，過多的溫室效應(yīng)會增加海洋的蒸發(fā)，從而增加大氣中的水蒸氣含量。“水蒸氣的數(shù)量有一個臨界閾值，超過這個閾值，地球就無法再降溫了。從那里，一切都被帶走，直到海洋最終完全蒸發(fā) ，溫度達到幾百度，”Guillaume Chaverot解釋說，他是UNIGE科學學院天文系的前博士后學者，也是該研究的主要作者。
“到目前為止，氣候?qū)W中的其他關(guān)鍵研究只關(guān)注了離家出走前的溫帶狀態(tài)，或者離家出走后的可居住狀態(tài) ， ”該研究的合著者、CNRS實驗室的研究員馬丁·圖爾貝特說。“這是第一次一個團隊用3D全球氣候模型研究轉(zhuǎn)變本身，并檢查氣候和大氣在這個過程中是如何演變的。”
這項研究的一個關(guān)鍵點是描述了一種非常奇特的云模式的出現(xiàn)，增加了失控效應(yīng) ，并使這一過程不可逆。“從躍遷開始，我們可以觀察到一些非常密集的云在高層大氣中發(fā)展。實際上，后者不再顯示地球大氣的逆溫特征，并分離其兩個主要層:對流層和平流層。“大氣層的結(jié)構(gòu)發(fā)生了深刻的變化，”查維羅特說。
在別處尋找生命的嚴重后果
這一發(fā)現(xiàn)是研究其他行星氣候的一個關(guān)鍵特征，特別是系外行星——圍繞太陽以外的其他恒星運行的行星。“通過研究其他星球的氣候，我們最強烈的動機之一是確定它們擁有生命的潛力， ”該研究的合著者、宇宙中心(LUC)UNIGE Life的助理教授兼主任meline Bolmont指出。
LUC領(lǐng)導著最先進的跨學科研究項目，這些項目涉及地球上生命的起源，以及在太陽系以外的系外行星系統(tǒng)中尋找生命。“經(jīng)過之前的研究，我們已經(jīng)懷疑水蒸氣閾值的存在，但這種云模式的出現(xiàn)是一個真正的驚喜， ”博爾蒙特說。
“我們還平行研究了這種云模式如何產(chǎn)生一種特定的簽名，或‘指紋’ ，在觀察系外行星大氣層時可以檢測到。下一代儀器應(yīng)該能夠探測到它，”Turbet說。該團隊的目標也不僅限于此，Chaverot已經(jīng)獲得了一筆研究基金，將在“格勒諾布爾規(guī)劃與天體物理學研究所”(IPAG)繼續(xù)這項研究。研究項目的這一新步驟將集中于地球的特殊情況。
處于脆弱平衡中的地球
通過他們的新氣候模型，科學家們計算出，太陽輻射的非常小的增加——導致全球地球溫度的增加，只有幾十度——將足以引發(fā)地球上這一不可逆的失控過程，并使我們的星球像金星一樣不適宜居住。
當前的氣候目標之一是到2050年將溫室氣體導致的全球變暖限制在1.5 。Chaverot的研究資助中的一個問題是確定溫室氣體是否會像太陽亮度的輕微增加一樣引發(fā)失控過程。如果是這樣，下一個問題將是確定兩個過程的閾值溫度是否相同。
因此，地球離這個世界末日的場景并不遠。“假設(shè)這一失控過程將在地球上開始，海洋表面僅10米的蒸發(fā)將導致地面大氣壓力增加1巴。在短短幾百年內(nèi)，我們將達到超過500攝氏度的地面溫度。后來，我們甚至會達到273巴的表面壓力和超過1500攝氏度，那時所有的海洋將最終完全蒸發(fā)，”Chaverot總結(jié)道。