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时间:2018-08-06 19:29:09 来源:UT 评论:0 点击:0

艺术家的概念Kepler-69c,一颗超级地球大小的行星,位于像太阳一样的恒星的可居住区域,距离地球大约2,700光年,位于天鹅座。图片来源:NASA
 
在寻找可能适合居住的太阳系外行星时,科学家们在某种程度上受限于我们只知道生命存在的一颗行星(即地球)。出于这个原因,科学家们寻找在其恒星可居住区域内的陆地(即岩石)轨道,并显示出生物印记的迹象,如大气中的二氧化碳 - 这对我们所知的生命至关重要。
 
这种气体主要是地球上火山活动的结果,通过温室效应增加了地表热量,并通过自然过程在地下和大气之间循环。因此,科学家们一直认为板块构造对于适居性至关重要。然而,根据宾夕法尼亚州立大学的一个研究小组的一项新研究,情况可能并非如此。
 
该研究名为“ 碳循环和地球化学障碍行星的可居住性 ”,最近发表在科学杂志“ 天体生物学”上。该研究由宾夕法尼亚州立大学地球科学系的两位助理教授Bradford J. Foley和Andrew J. Smye进行。
 

 

地球的构造板块。
 
在地球上,火山活动是板块构造运动的结果,发生在两块板块相撞的地方。这导致俯冲,其中一个板被推到另一个板下方并且更深入到地下。这种俯冲将致密的地幔变成浮力岩浆,通过地壳上升到地球表面并形成火山。该过程还可以通过将碳推入地幔来帮助碳循环。
 
板块构造和火山活动被认为是地球上生命出现的核心,因为它确保我们的星球有足够的热量来维持其表面的液态水。为了验证这一理论,Foley和Smye教授创建了模型,以确定在没有板块构造的情况下,类似地球的行星是如何可居住的。
 
这些模型考虑了热演化,地壳生产和CO 2  循环来约束岩石,地球大小的停滞盖子行星的可居住性。这些是地壳,其中地壳由漂浮在地幔上的单个巨型球形板组成,而不是单独的碎片。这些行星被认为比经历板块构造的行星更为常见,因为地球以外的行星尚未被证实具有构造板块。正如Foley教授在宾夕法尼亚州立大学新闻发布会上所解释的那样:
 
“火山作用将气体释放到大气中,然后通过风化,二氧化碳从大气中被吸收并被隔离到表层岩石和沉积物中。平衡这两个过程可以将大气中的二氧化碳保持在一定水平,这对于气候是否保持温和并适合生命非常重要。
 

显示断层线(蓝色)和火山活动区域(红色)的地球地图
 
 
从本质上讲,他们的模型考虑了行星形成的热量和产生热量的元素(也就是它的初始热量预算)所带来的停滞的行星气候可以保留多少热量。在地球上,这些元素包括铀,当朽烂时会产生钍和热,然后衰变产生钾和热。
 
经过数百次模拟,改变了行星的大小和化学成分后,他们发现停滞的穹顶行星能够保持足够温暖的温度,液态水可能存在于其表面数十亿年。在极端情况下,它们可以维持生命支持温度长达40亿年,这几乎是地球的时代。
 
正如斯迈指出的那样,部分原因是板块构造并不总是火山活动所必需的:
 
“你仍然在停滞的行星上有火山活动,但它比板块​​构造的行星要短得多,因为没有那么多的自行车运动。火山导致一连串的熔岩流,随着时间的推移,它们像蛋糕层一样被埋没。岩石和沉积物越深,它们埋藏的越深。“
 

Sarychev火山(在俄罗斯的千岛群岛)的图像在2009年6月12日的火山喷发早期阶段被捕获
 
研究人员还发现,没有板块构造,停滞的穹顶行星仍然可以有足够的热量和压力来进行脱气,二氧化碳气体可以从岩石中逸出并进入地表。Smye说,在地球上,俯冲断层带的水也发生了同样的过程。该过程基于行星中存在的发热元素的数量而增加。正如弗利解释的那样:
 
“有一个甜蜜点,一个行星释放足够的二氧化碳,以防止行星冻结,但不是太多,以至于风化不能将二氧化碳排出大气层,保持气候温和。”
 
根据研究人员的模型,产热元素的存在和数量是行星维持生命潜力的更好指标。根据他们的模拟,他们发现行星的初始成分或大小对于确定它是否适合居住非常重要。或者正如他们所说,行星的潜在可居住性是在出生时确定的。
 
通过证明停滞的穹顶行星仍然可以支持生命,这项研究有可能大大扩展科学家认为可能适合居住的范围。当詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)部署在2021年,研究停滞不前盖外行星的大气,以确定生物信号(如存在CO 2)将是一个重大的科学目标。
 
知道更多这些世界可以维持生命对于那些希望我们在生命中找到外星生命证据的人来说当然是个好消息。

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