科技日?qǐng)?bào)記者劉園園

　　說(shuō)起系外行星，你可能會(huì)想到剛剛頒發(fā)的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1995年，迪迪埃·奎洛茲和米歇爾·馬約爾兩位天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了第一顆圍繞類日恒星運(yùn)行的系外行星。他們也憑此與詹姆斯·皮布爾斯共享2019年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　迄今為止，科學(xué)家已經(jīng)確認(rèn)了4000多顆太陽(yáng)系外行星。大家比較關(guān)心的問(wèn)題是：這些系外行星宜居嗎？

　　關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的研究，有了最新進(jìn)展。北京大學(xué)物理學(xué)院大氣與海洋科學(xué)系助理教授楊軍及其研究組最新研究發(fā)現(xiàn)，在海冰流動(dòng)因素影響下，那些“疑似宜居行星”上的開放海洋面積會(huì)不斷減小，冰雪覆蓋區(qū)域面積會(huì)不斷增大，最終導(dǎo)致這些系外行星進(jìn)入全球冰雪世界。這無(wú)疑會(huì)大大影響“疑似宜居行星”的宜居性。這項(xiàng)研究日前發(fā)表在《自然·天文學(xué)》雜志上。

　　被潮汐鎖相的系外行星

　　在科學(xué)家已經(jīng)確認(rèn)的4000多顆太陽(yáng)系外行星中，有大約20顆行星值得特別關(guān)注。

　　“這20顆左右的行星，大小與地球差不多，接收到的恒星輻射也與地球接近，地表可能長(zhǎng)期維持液態(tài)水存在。要知道，液態(tài)水是地球上所有生命存在的必需要素，也是判斷行星宜居與否的重要依據(jù)之一。”楊軍介紹，所以這些行星被稱為“疑似宜居行星”。

　　楊軍告訴科技日?qǐng)?bào)記者，這些“疑似宜居行星”大部分圍繞質(zhì)量比太陽(yáng)小、溫度比太陽(yáng)低的紅矮星公轉(zhuǎn)，軌道半徑只有日地距離十分之一左右。因此，這類行星所受的潮汐力非常強(qiáng)，其軌道很容易進(jìn)入潮汐鎖相狀態(tài)。

　　要想理解潮汐鎖相狀態(tài)，可以想想月球繞地球公轉(zhuǎn)的情形。

　　受潮汐力等因素影響，月球繞地球公轉(zhuǎn)一圈和月球自轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間，都是28天左右。月球永遠(yuǎn)只有一面朝著地球，另一面背向地球。

　　那些處于潮汐鎖相狀態(tài)的行星軌道，類似月球繞地球公轉(zhuǎn)的軌道：處于這種狀態(tài)的系外行星，在繞恒星公轉(zhuǎn)時(shí)，也是一面永遠(yuǎn)朝著恒星，另一面永遠(yuǎn)背向恒星。因此，它們一個(gè)半球永久接收恒星輻射照射，被稱為“永久白天”，另一個(gè)半球永遠(yuǎn)接收不到陽(yáng)光，被稱為“永久黑夜”。

　　星下點(diǎn)海洋并不穩(wěn)定存在

　　那么問(wèn)題來(lái)了，這些“疑似宜居行星”真的宜居嗎？

　　楊軍告訴科技日?qǐng)?bào)記者，此前有研究預(yù)測(cè)，這些系外行星的星下點(diǎn)附近，可以理解為恒星與行星中心連線與行星表面的交叉點(diǎn)區(qū)域。星下點(diǎn)附近可能存在一個(gè)開放海洋，其他區(qū)域都被冰雪所覆蓋。這樣看起來(lái)，整個(gè)行星就像一個(gè)眼球一樣。

　　因?yàn)橹挥行窍曼c(diǎn)附近接收到的恒星輻射程度才能使地表溫度達(dá)到高于273開爾文的水平，有科學(xué)家推測(cè)，這種開放海洋可能是光合作用生物的理想生存環(huán)境。

　　如果真是這樣，那么可以認(rèn)為，這些“疑似宜居行星”還是比較宜居的，至少對(duì)于某些光合作用生物而言。但是，事實(shí)可能并非如此。

　　“這些研究都沒(méi)有嚴(yán)格考慮海洋流動(dòng)的作用�！睏钴妶F(tuán)隊(duì)在論文中提出了一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：在這些“疑似宜居行星”絕大部分區(qū)域被冰雪覆蓋的情況下，它們表面的開放海洋可以穩(wěn)定存在嗎？

　　楊軍團(tuán)隊(duì)通過(guò)三維耦合的模擬表明：在考慮海冰流動(dòng)之后，這些“疑似宜居行星”星下點(diǎn)位置的開放海洋是無(wú)法穩(wěn)定存在的。他們通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)，海冰在行星的背陽(yáng)面生長(zhǎng)，然后被風(fēng)和海流不斷輸送到星下點(diǎn)區(qū)域，進(jìn)而再通過(guò)提高地表反照率和融化吸熱過(guò)程使地表溫度不斷降低，直到整個(gè)海洋都被冰雪覆蓋，進(jìn)入冰雪世界。

　　“這項(xiàng)研究結(jié)果表明，一些原本認(rèn)為宜居的太陽(yáng)系外行星可能并不宜居，它們很可能是一個(gè)極為寒冷的冰雪世界�！睏钴娬f(shuō)，此次研究發(fā)現(xiàn)，光合作用生物難以很好地在這些“疑似宜居行星”上生存與繁衍。

　　楊軍告訴科技日?qǐng)?bào)記者，只有當(dāng)大氣中二氧化碳濃度比較高的時(shí)候，或者恒星輻射比較強(qiáng)的時(shí)候，這些行星才有可能避免成為冰雪世界，成為真正的宜居星球。