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宇宙中的地球到底是怎麼形成的

圖文 更新时间:2025-02-13 00:04:25

地球目前是人類唯一的家園,為地球上各種生物的生存和繁衍提供了非常适宜的溫度、光照、空氣、磁場等條件,而且這些條件以近乎完美的形式組合在一起。地球這種優越的行星,不但在太陽系内沒有第二個,即使是在科學家發現的1000多顆系外行星中,也可能是獨一無二的。

宇宙中的地球到底是怎麼形成的(宇宙中的超級地球)1

不過,有的系外行星距離地球非常遠,我們通過天文望遠鏡,根本看不到它們表面的詳細狀态。特别是對于那些處于母星宜居帶内的系外行星來說,雖然理論上具有存在液态水的條件,但是上面是否具有維持生命存在的基本條件,我們卻無法給出準确答案。

宇宙中的地球到底是怎麼形成的(宇宙中的超級地球)2

行星的宜居性

放眼整個太陽系,水星、金星和火星是和地球一樣的岩石行星,但是,這些行星與地球又不完全一樣,比如水星和火星表面是貧瘠的荒地,金星表面是噩夢般的“地獄”。

宇宙中的地球到底是怎麼形成的(宇宙中的超級地球)3

除了岩石行星外,太陽系還有幾個氣态行星,由于木星和土星上面有着非常厚的大氣層,内部的溫度和壓力會随着深度的增加而升高,所以根本無法滿足生命存在的基本要求。而那些距離太陽更遠的冰巨星,雖然也是氣态行星,但是由于表面溫度很低,在它們堅硬的外殼下或許存在着更豐富的液态水,所以這些遠日冰巨星,有可能是人類今後在太陽系内的第二個家園。

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但是,從目前天文探測領域看,科學家們對于地外生命的探測,仍然是有很大的限制性,即所讨論的标準,仍然是沿用的是地球世界,以及地球上的生命特征。

這也就意味着,在科學家對超級地球的探測中,需要找到那些和地球的位置、狀态、運行等非常相似的行星。這些特征最為核心的主要包括:處在恒星的宜居帶内、擁有對相厚但不太厚的大氣層、表面有液态水,另外必須有一個強度适中的磁場,以保護大氣和液态水免受恒星風暴的持續猛烈攻擊。當然,要讓一個行星世界真正能夠承載生命,還需要有其他更多的标準,但是如果沒有上面提到的這些基本條件,那麼在外星世界上存在生命的機會就會非常渺茫。

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超級地球大小對宜居的影響

在天文探測領域,科學家們對超級地球的大小,其實是有一個明确的界定标準的,那就是處在地球1倍質量和10倍質量之間。但是這個标準,僅僅是從大小方面的一個粗略規定,并沒有考慮許多對行星宜居性的因素。

當然,最理想的情況是超級地球的大小與地球相當,這種情況下,如果參考地球生命的誕生過程中,那麼這樣的超級地球誕生生命的可能性就會更大,有更有可能适合居住。但是,如果到了海王星那麼大,那麼就會變得不再那麼“好客”了。

宇宙中的地球到底是怎麼形成的(宇宙中的超級地球)6

因為随着行星質量的增加,表面重力會加強,對周圍空間中的物質引力也會不斷增強,那麼就會吸引越來越多的氣體和塵埃物質,使得岩石核心最終會被包裹在厚厚的大氣層,從而演變化氣态巨行星,而不是岩石世界。長期以來,科學家們都無法在岩石行星和氣态行星之間找出一個明顯的界限來,而超級地球的出現,有可能會彌合這一問題。

宇宙中的地球到底是怎麼形成的(宇宙中的超級地球)7

當然,除了大小之外,超級地球的軌道也是個重要因素。如果一顆行星距離母星太近,那麼不管是大還是小,那麼它的表面都将會被燒焦。比如,在距離地球55光年外,一顆質量是地球8倍的超級地球-55 Cancrie,由于距離母星太近,表面隻是一個呈熔融狀态的球體。

宇宙中的地球到底是怎麼形成的(宇宙中的超級地球)8

再比如,在距離地球73光年外,一顆質量是地球3倍的超級地球TOI 270d,它距離母星較遠了,表面幾乎全是氣體,這使它更像“迷你海王星”。這兩顆行星的狀态,與地球相差很大,因此存在生命的可能性非常低。

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适合人類宜居的最有力競争者

除了上面提到的超級地球的大小和軌道以外,一個可居住的超級地球,還必須擁有合适的密度,也就是說表面不能太“硬”,也不能有太多的氣體。不過,從目前看,科學家們對于特定系外行星的密度信息還知之甚少。

比如,距離地球20光年的Gliese 581c這顆超級地球,其質量為地球的5.5倍,位于恒星的宜居帶内,但是科學家們隻測算出了它的質量,并不知曉它的半徑,因此無法确定其密度。在這種情況下,以這顆行星的質量和軌道來衡量,它有可能是一個典型的岩石世界,也有可能是一個金屬球體,當然也有可能是一個微小的氣體世界,甚至由鑽石構成都是有可能的。

宇宙中的地球到底是怎麼形成的(宇宙中的超級地球)10

而對于系外行星的磁場,控制起來難度就更大了。科學家們普遍認為,比地球大的行星可能都擁有磁場,但是由于不知道行星的形成具體時間,到底存不存在磁場也就不能完全确定了。比如太陽系内的金星和地球大小相當,但是磁場卻非常微弱,隻有地球的千分之一。而假如系外的超級地球存在的時間太久,内部已經失去了岩漿物質,那麼磁場也會失去。沒有了磁場保護的行星,将會受到非常強烈的恒星風以及宇宙射線的轟擊,存在生命的可能性也微乎其微。

宇宙中的地球到底是怎麼形成的(宇宙中的超級地球)11

從目前的監測情況看,也許最适合人類宜居的最大超級地球,是位于49光年外的LHS 1140b,它圍繞着一顆紅矮星公轉,是地球質量的6.5倍。雖然它非常靠近母星,公轉一圈的時間隻有25天,但由于母星是一顆“涼爽”的紅矮星,即使距離很近,也是處在宜居帶内的。最為重要的是,科學家們根據行星的大氣模型,測算出這顆行星表面包裹着厚厚的大氣層,這為行星上存在着大量液态水提供了可能。

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後續,科學家們将利用宇宙行星“狩獵者”-韋伯太空望遠鏡,來詳細地觀察這顆行星,最終來确定它到底适不适合人類居住。從某種意義上來說,目前LHS 1140b這顆行星,極有可能成為擁有生命世界的最大行星。

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