水太多,也是一種「煩惱」

水太多,也是一种“烦恼”

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水太多,也是一种“烦恼”

行星含水量高達50% 難以孕育生命 ?

長久以來,我們都認為水對於生命是至關重要的,但研究發現,M型矮星TRAPPIST-1系統裡的行星可能由於含水量過大,以至於並不適宜生命存在。尤其是多到能在大氣中產生可探測信號的生命。這是“過猶不及”的經典案例。據估計,TRAPPIST-1附近的行星上水的質量百分比為15%到50%(地球只有0.02%)。

水太多,也是一种“烦恼”

七個緊緊圍繞著TRAPPIST-1的行星可能經歷了一段時間的向內移動,影響了這些行星表面的水的狀態。

Credit: NASA/JPL-Caltech

科學家們發現:在距地球約40光年的TRAPPIST-1軌道上的7顆地球大小的行星中,有3顆位於該恆星的宜居帶,並且它們的表面可能有流動的水,這一發現點燃了科學界的希望。

但是雖然水的存在無疑增加了這些行星的適居性,可並不能使其必然成為生命的庇護所。

事實上,含有過量的水會恰得其反,亞利桑那州立大學和範德比爾特大學的科學家進行的新研究表明,TRAPPIST-1系統實際上含有過量的水,導致難以維持生命生存。

水太多,也是一种“烦恼”

每個TRAPPIST-1的行星都和地球的大小差不多,並且緊密地聚集在一起,它們離宿主恆星的距離比水星離太陽更近。雖然這些系外行星的大小與地球相似,但它們的密度要小得多。它們太輕了,以至於不可能是由岩石組成的;又不像其他類似大小的低密度行星,它們太緊湊,以至於不可能主要由大氣氣體組成。

TRAPPIST-1的行星在質量上太小,不足以hold住足夠的氣體來彌補密度不足,”亞利桑那州立大學的地球科學家在一次新聞發佈會上說。“即使他們能夠hold住氣體,彌補密度不足所需要的氣體量,也會使該行星變得比我們所看到的更加膨脹。

水太多,也是一种“烦恼”

由於岩石組成和大氣氣體組成排除在外,研究團隊認為系統的主要組成很可能是水。然而,究竟需要多少水才能組成這些系外行星仍然是個未知數。為了找出答案,研究團隊的另外兩名成員Unterborn和Alejandro Lorenzo,開發了一個名為ExoPlex的軟件,將關於TRAPPIST-1系統的所有可用數據合併到一個平臺上。通過分析宿主恆星的化學組成,以及每顆行星的質量和半徑,這個軟件預測到,最內層的兩個行星(下圖中的“b”和“c”)含有質量不到15%的水,而靠外的兩個行星( “f”和“g”)含有質量超過50%的水。要知道,地球上水的質量只有0.02%,由此可見這之間的差別是如此之大。

水太多,也是一种“烦恼”

研究人員認為:TRAPPIST-1系統最內層的系外行星(被標為“b”和“c”),水的質量約佔15%,外層行星“f”和“g”可能超過50%。過多的水可能會阻礙行星上生命的形成,而不是使之成為可能。

Credit: NASA/JPL- Caltech

水太多,也是一种“烦恼”

“我們通常將行星擁有液態水看作一種生命的開端,正如我們從地球上所知的,地球主要是由水組成的,生命需要水來生存。”範德比爾特大學的研究人員Natalie Hinkel說,“然而,一個全是水,或者水面之上沒有任何陸地的行星,是沒有生命必需的地質化學循環或元素循環的。”

水太多,也是一种“烦恼”

除了研究TRAPPIST-1恆星的適居性,研究人員還研究了系統的形成和演化。像TRAPPIST-1這樣的恆星會在它們形成後逐步達到最熱、最亮的狀態,隨著時間的推移它們會逐漸變暗。當TRAPPIST-1形成時,它的“冰帶”(水開始變成冰的邊界)也隨之形成。通過研究行星上的冰,研究人員確定TRAPPIST-1的“冰帶”會隨著恆星老化、失去熱量而向內移動,它的行星也一樣。

人們相信,行星最初是在比當前位置更遠的地方形成的,之後經歷了一段向內移動的過程。隨著時間的推移,它們最終離宿主恆星的距離會比最初形成時近兩倍,這會影響“冰帶”落在哪一邊。這一發現讓我們深入瞭解了行星系統是如何隨著時間推移而演化的,以及在其宿主恆星的生命週期中,行星上的水的狀態是如何變化的。

水太多,也是一种“烦恼”

雖然我們不太可能在TRAPPIST-1的行星上找到生命的跡象,但通過這項研究,我們對冰態行星的形成,以及在我們繼續尋找生命的旅途中,應該尋找什麼樣的恆星和行星有了更好的理解。

水太多,也是一种“烦恼”

尋找適居住的系外行星的工作仍然令人興奮,而且正不斷推進。NASA即將推出的詹姆斯韋伯太空望遠鏡(JWST;最近被推遲了),以及凌星地外行星勘測衛星(TESS)。它們將從此前一些並未引人注意的細節中發現行星。不過,隨著這些儀器的不斷上線,我們也要記住,雖然有些東西從遠處看很有希望,但進一步的深度探索後可能會發現好事過多也會過猶不及。

不盡的好奇心促使人們不斷探索新世界、尋找另外的“地球”,但眼下更為迫切、重要的是愛護人類現在所處的家園!

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