我们在宇宙中是孤单一人吗?其他生命在哪里?或存在于宜居带中?

简介:根据开普勒望远镜数据估计,银河系内存在巨量的类地行星,但对于地球生命研究表明,宜居带的范围非常狭窄即银河系中存在的生命可能比我们之前所以为的更为稀少,新一代望远镜的使用对我们探索生命存在大有裨益。

简介:根据开普勒望远镜数据估计,银河系内存在巨量的类地行星,但对于地球生命研究表明,宜居带的范围非常狭窄即银河系中存在的生命可能比我们之前所以为的更为稀少,新一代望远镜的使用对我们探索生命存在大有裨益。

我们在宇宙中是孤单一人吗?其他生命在哪里?或存在于宜居带中?

自从开普勒望远镜进入太空之后,更多的系外行星被我们所发现,目前为止,2918个星系中已经发现的行星有3917个,而3368个行星仍不能被确定。在这些中,50颗围绕着适宜居住的行星区域,在这里,液态水存在于行星表面。然而,最近的一个叫做“有限的居住环境”的研究表明,适合居住的地区其实没有那么多。这些研究很大程度上减少了认知中“潜在适宜居住”的行星的数量。

这个研究由在加州大学河滨分校博士后项目中任职的Edward W. Schwieterman领导,还包括了来自NASA天体生物研究所中的Alternative Earths Team,Nexus for Exoplanet System Science(NExSS),NASA Goddard Institute for Space Studies

的研究人员。

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根据从前基于开普勒望远镜的观测数据所作出的估计,科学家表明,银河里很可能有400亿类地行星,并且其中有110亿围绕着类似太阳的横星,例如G型黄矮星。其他研究表明,随着我们用于定义适宜生存的区域的参数的变化,行星的数量可以达到600亿甚至1000亿。

十分令人激动的是,这些结果很大程度上说明银河系是充满了生命的。然而,这个结果受到了更近的关于系外行星的研究(特别是关于围绕红矮星公转的潮汐锁定的行星)的质疑。另外,关于地球生命演化的研究表明只有水或氧气是不能保证生命的出现的,Schwieterman和他的同事认为,二氧化碳和一氧化碳对于生命的产生同样重要。

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虽然过多的二氧化碳和一氧化碳对于生命有害,但缺乏这些化合物会阻碍早期原核生物的出现。根据地球生物所给出的线索,这样的基本生命形态对于后期向着依赖氧气生存的更复杂的生物进化是至关重要的。因此,为了考虑到上述因素,Schwieterman和他的同事们试图修正适宜居住的区域的范围。

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年轻的红矮星的剧烈爆发会使得原本适宜的区域不再适合行星存在下去。

实际上,计算适宜生存的区域从来都很难。行星表面的温度除了受到与恒星距离的影响还依赖于它们应对大气的不同机制(例如温室效应)。适宜生存的区域通常被定义为有与地球相似的环境。这意味着一个富含氮,氧,二氧化碳和水,并且收到与地球一样的地球化学的碳酸盐和硅酸盐的循环过程(沉淀和风化导致硅酸盐的岩石转为碳酸盐然后又由于地质活动转变回硅酸盐的过程)的作用的大气。

这就导致了一个使得大气中二氧化碳量保持稳定的循环,进一步使行星表面温度升高。并且,越靠近宜居带的内圈,行星表面温度上升所需要的二氧化碳就越少。Schwieterman在最近的MIT Technology Review中的文章里提到:“但是对于中间和更外层的宜居带而言,为了维持利于表面液态水的存在的温度,大气中的二氧化碳浓度需要更高一点。”

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系外行星 Kepler 62f需要富于二氧化碳的大气以维持液态水

Schwieterman的团队以Kepler-62f为例子,它位于距离地球990光年处,就像一个巨大的围绕着K型恒星(比太阳稍小稍暗)的地球,它距离K型恒星与金星距离太阳的距离几乎一样,但是K型恒星更低的质量说明Kepler-62f位于宜居带更外圈的位置。当在2013年被发现时,它被认为是一个如果有充足的温室效应就很可能存在生命的地方。然而,Schwieterman的团队计算得出在这里,生命的形成需要比地球多1000倍的二氧化碳。

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但是,这样大量的二氧化碳又对生命有害,所以即使有充足的液态水,Kepler-62f 也很难适合生命居住。Schwieterman与同事们因此认为宜居带比以前所认为的要窄上4倍。高浓度的一氧化碳。这进一步限制了红矮星(宇宙中百分之75的恒星)的宜居带以及最可能找到类地行星的范围

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一个描述宜居带边界及其如何受到恒星种类影响的图像

就像Schwieterman所说的一样:我们不期望发现环绕M型矮星的行星或潜在的宜居带外圈的行星上有智慧生命体或技术印记,这些发现强烈地展示了什么是“潜在宜居带”。

更复杂一点的说法是,这个研究进一步限制了宜居带行星的范围。在2019年,研究证明红矮星系统不一定有使得生命形成的原料,并且红矮星没有足够的允许光合作用发生的光子。这些都表明宇宙中实际存在其他生命的可能比想象中更小,但是宜居带的范围仍需要进一步确认。

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幸运的是,随着望远镜的发展,我们得到确认的那一天不会太远。前沿的望远镜包括James Webb Space Telescope (JWST), Extremely Large Telescope (ELT) 和 Giant Magellan Telescope(GMT),它们和其他先进的仪器被认为可以进行更深入的研究和进一步描述系外行星的特点。到那时,我们将知道更多关于其他生命体的信息。

 

BY:Matt Williams

FY: 7cHL

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