为什么一颗行星明明落在恒星“宜居带”里,却可能根本没有生命?周三,斯坦福大学的一项研究给出了比传统答案更精确的筛选标准——能不能在数十亿年里抓住大气层。
长期以来,天文学家更看重行星到恒星的距离。位于宜居带,意味着表面温度可能让液态水存在。但“仅看位置并不等于宜居”,斯坦福的研究人员在声明中指出,没有厚实的大气层,行星无法维持稳定温度、屏蔽辐射,也难以留住表面水。一颗岩石星球即便恰好待在宜居带内,也可能早就被剥光了大气。
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由米歇尔·希尔主导开发的“小于地球宜居性模型”(STEHM),正是为此加上了第二道滤网。该软件并非要取代宜居带概念,而是评估小质量岩质行星能否生成并长期保持大气。“我们能够确认生命迹象的唯一办法,就是观测这些行星的大气层,”希尔在声明中说。STEHM 将行星大小与其抓牢大气的能力关联起来,帮助找出可能宜居星球的下限尺度。
为了构建模型,希尔使用 ExoPlex 行星模拟代码,对六个大小从半个地球到地球宽度的岩质世界进行测试,推演行星结构、火山活动、内部热量和恒星辐射如何影响大气存续。研究团队用金星和火星做了验证:模型正确复现了金星浓密的二氧化碳大气,以及火星长久以来的大气流失。
结果显示,绕类太阳恒星宜居带运行、至少达到地球尺寸 80% 的岩质行星,可以将大气保持 100 亿年甚至更久。再小的世界通常更快丢掉大气,但在更有利条件下,达到地球尺寸约 70% 的行星仍有可能宜居。大气的寿命还强烈依赖初始碳含量与驱动火山活动的生热元素。
这套模型的价值在于抢在昂贵的望远镜时间被占用前,快速筛掉那些连大气都保不住的候选者。面对银河系里数千已被发现、还有数十亿颗等待筛选的系外行星,STEHM 提供的不是新的怀疑,而是一个更省时的“否定”工具。
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