银河系中可能存在大量海洋行星

来源：牧夫天文

海洋星球   

图片来源：universetoday

天文学家认为，我们太阳系中的几颗卫星具备生命存在的条件。其中包括谷神星，木卫四，木卫二，木卫三，土卫二，土卫六，也许还有土卫四，土卫一，海卫一和矮行星冥王星。天文学家认为这些“海洋世界”的内部拥有丰富的液态水、有机分子和潮汐加热——这些也是生命的基本条件。

这就促使我们提出一个非常重要的问题：在其他恒星系统中是否也存在类似的卫星？这就是NASA行星科学家林奈·奎克（Lynnae C. Quick）博士及其来自NASA戈达德太空飞行中心的团队想要解决的问题。在最近的一项研究中，奎克和她的同事检查了系外行星系统的一个样本，发现海洋世界在我们的银河系中十分常见。

他们最近在《太平洋天文学会会刊》上发表了题为《系外陆地行星上火山活动的速率预测和低温火山活动对系外海洋行星的影响》的研究。与奎克博士一起的合作作者还有NASA 戈达德太空飞行中心的研究员阿基·罗伯奇（Aki Roberge），行星科学研究所（PSI）的艾米·巴尔（Amy Barr Mlinar）和爱达荷大学的物理学家马修·M·赫德曼（Matthew M. Hedman）。

木卫二内部的羽状水蒸气沉积在表面上，使任何有机分子都暴露在木星的辐射下。 

图片来源：NASA / JPL-Caltech

为了进行研究，奎克博士和她的团队考虑了银河系的其他系统中是否也可能存在地质活动很活跃的具有内部海洋的行星。这将产生羽流活动，而未来的系外行星搜寻望远镜可能能够探测到这些羽流活动。

正如奎克博士在最近的NASA新闻稿中解释的那样：

“水柱从木卫二和土卫二喷发出来，所以我们可以知道这些天体的冰层下有地下海洋，并且它们有驱动水柱的能量，这是我们所知道的生命存在的两个必要条件。” 因此，如果这些地方适合居住，那么其他行星系统中类似于此的更大的地方也可能适合居住。”

目前的望远镜不够先进，还无法探测系外行星上的羽流，但与此同时奎克博士及其团队于2017年开始进行数学分析，以了解太阳系外海洋世界存在的可能性。为此，他们选择了53个系外行星，它们的大小与地球相似，尽管有些系外行星的质量高达地球质量的八倍。然后，他们试图确定每个行星可以以热的形式产生和释放多少能量。

以太阳系的海洋世界为模板，这种热量的来源有两种可能性。第一种可能性是，地球的地壳和地幔中放射性物质（又称为放射源热）的缓慢衰减会释放热量。另一种可能性则是，潮汐力也就是另一个物体的引力使行星内部弯曲和伸展，从而产生热量。

艺术家的渲染图，显示了土卫二外壳的内部横截面，该图展示了水热活动引起月球表面的水流的可能机制。

图片来源：NASA-GSFC / SVS，NASA / JPL-Caltech / Southwest Research Institute

对于像地球这样的陆地（岩石）行星，这些热量以火山活动和板块构造的形式通过地壳和地幔释放。以木卫二，土卫二，海卫一等卫星为例，它会导致低温火山（水冲破冰冷的表面形成羽状流）的形成或冰冷外壳的迁移。无论哪种方式，知道一颗行星释放出了多少热量都可以帮助科学家判断其是否适合人类居住。

例如，太多的火山活动会使行星表面变成熔化的荒地，而火山气体会产生有毒的大气羽流。同时，火山活动太少又会导致没有足够温室气体的稀薄大气层，从而留下寒冷、贫瘠的表面。低温火山的影响也是如此，其中过多的热量会加热内部的海洋，内部海洋太热便无法维持生命，而过少的热量则会导致海洋冻结。

最终，他们的分析证实，在所采样的53颗系外行星中有超过四分之一（准确来说是26％，即14个行星）可能是海洋行星，并且其中大多数可能会比木卫二或土卫二释放更多的能量。此外，该团队还研究了TRAPPIST-1系统，该系统拥有7个岩石行星，并于2017年被天文学家确认。

该动画图表示，与太阳系行星（有海洋与无海洋）中的已知地质活动相比，系外行星（有海洋与无海洋）的预测的地质活动。 

图片来源：林奈·奎克（Lynnae Quick）和詹姆斯·特拉利（James Tralie） / NASA-GSFC

鉴于对系外行星的直接研究（即直接影像法）很少，本研究中使用的分析存在很多假设和不确定性。不过，当像詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）和南希·格雷斯·罗曼太空望远镜这样的下一代观测仪器进入太空时，这些当前受限的对行星可居住性的研究和其他各项研究都将更加方便。

正如奎克博士的合作者、NASA戈达德太空飞行中心天体物理学家阿基·罗伯奇（Aki Roberge）所说：

“未来那些寻找太阳系以外生命迹象的任务会把重点放在像地球这样的行星上，我们的地球拥有一个如此丰富的全球生物圈，以至于它正在改变整个大气层的化学性质。但是在太阳系中，尽管这些拥有海洋的冰冷卫星距离太阳这一热源非常遥远，它们仍然具有一些我们认为是生命所必需的特征。”

未来还会有一些探测任务，比如NASA计划于2020年代某个时间发射的：“木卫二飞越任务”（Europa Clipper），该任务将探索木卫二的表面和地下，以了解有关其内部的更多信息。还有NASA的“蜻蜓任务”，蜻蜓号探测器将在2030年代到达土卫六，探索这颗卫星的大气和地表，以了解更多有关其丰富的益生元条件和有机化学的信息。

这两个任务的科学团队成员奎克表示，“即将执行的任务将使我们有机会了解太阳系中的海洋卫星是否可以支持生命存在，如果我们发现生命的化学特征，我们可以尝试在星际距离寻找类似的迹象。”

通过这些可以缩小对可能居住的系外行星的搜索范围的分析，以及这些对我们太阳系中可能适宜人类居住的星球的探测任务，科学家们将更有可能找到地球和太阳系以外的生命。根据这些最新发现，无论是地球外还是太阳系外，可能都会有大量生命存在！