对于生命来说， 多少大气会是太多？随着科学家发现了越来越多的超级地球和微型海王星， 这个问题也变得越来越重要 。
通常， 我们认为这些行星的核是岩石结构的， 并且体积差不多， 而大气的体积却截然不同 。 微型海王星看上去更像一个气体的庞然大物， 有厚厚的大气层， 结果使表面承受过大的压力；而超级地球的大气层则薄得多 。
最近的一项研究考察了一颗微型海王星逐渐接近一颗矮星会发生什么 。 M级别的恒星在形成的最初10亿年非常不稳定 。 这些恒星产生的能量可能会发生剧烈的波动， 其周围行星受到的X射线和紫外线辐射可能比今天的地球强100倍到10000倍 。
要在这样的行星中形成生命， 是一个巨大的挑战 。 因为这样的恒星比较小， 只有距离它比较近的行星才能位于其可居住带内 。 恒星在青年时期释放的放射性物质会猛烈攻击这些行星的大气层， 使大气层中的分子所剩无几 。
但是， 如果一颗微型海王星的轨道受到恒星或其他行星的引力影响， 而逐渐靠近了恒星， 会怎么样呢？肯定会存在某些情形， 在这些情形下， 这颗微型海王星能够恰好能抓住足够多的大气， 从而成为超级地球——也就是比地球略大一些， 但是仍然足够小， 因此大气的体积也比较合理 。 这就是华盛顿大学天文学系的博士生Rodrigo Luger领导的一项最新研究的结论 。
“这就很可能导致这些行星上能够出现与我们所了解的生命形式类似的生命形式， ”Luger说 。
他说， 在这样的情形下， 生命可能仍然要应对放射性物质的进攻， 但是随着恒星活动周期逐渐结束， 放射性的强度要小一些 。
大气的问题
Luger领导的研究团队建立了不同类型的微型海王星的模型， 并改变它们的轨道离心率、质量和直径 。 他们发现， 一颗行星要想存在生命， 其质量不能超过地球的两到三倍， 这样才有可能变成一颗超级地球 。 如果质量过大， 引力就会太强 。 此时， 大气的厚度如果足以抵御来自恒星的辐射， 就会使生活在行星表面的生命承受过大的大气压力 。
在这种情形下， 一颗像超级地球那么大体积的行星可能是恰到好处的， 但是它要成为孕育生命的摇篮， 仍然面临一些挑战 。 这个模型假设， 一颗行星最初的大气成分是氢或氦， 很多大型气态星体都是这样的 。 这种大气成分显然是不适合生命生存的 。
文章插图
有些科学家认为， 地球的大气（最主要的成分是氮气和氧气）是在火山喷发后才形成的 。 但是Luger指出， 在一颗不稳定的M型矮星附近， 第二大气（在行星形成之后才形成的大气）可能和第一大气一样， 很快就会被剥夺 。 如果在靠近这颗M型矮星之前， 这颗假设的行星的主要成分是冰， 那么随着它逐渐接近M型矮星， 它会逐渐变成水， 这本身就是一大挑战 。 这样由水构成的星球通常没有大陆， 也可能没有为生命提供能量的碳圈 。 同时， 这些水会对海洋底部形成巨大的压力， 抑制行星内部的矿物质渗出到表面， 而矿物质也是生命所必需的 。
Luger说， “最终的结论就是， 这样的星球与地球是截然不同的 。 ”
观测上的挑战
Luger说， 当前的技术还无法发现这样的星球， 因为它们距离所围绕的恒星都太远， 也太小、太暗淡 。 如果行星距离恒星比较近， 我们也许可以通过它对母星的引力影响观测到它的存在， 但是这个距离又太近了， 使它不适于生命存在 。
以CoRoT-7b行星为例， 它的体积比地球大70%， 运行轨道非常贴近母星 。 当它在2010年被发现的时候， 研究人员用模型估计， 发现随着它逐渐接近母星， 将失去大部分大气 。
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