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“科学发现观”指引地外生命探索

2019-10-21来源:梦想吧创客娱乐

银河系和其它数以千亿的星系蕴藏了难以计数的系外行星,最近几十年,,科学家逐渐了解系外行星的分布极为广泛,然而,能否存在支持生命活动的系外行星?人们对生命行星的问题存有多样化和复杂性的回答,颇多的争议持续不断。很多的研究者认为,宜居性的系外行星应当具有岩石态的表层结构,它们与主恒星保持了有限的合适距离,宜居行星的表面保有得到补偿的液态水。天文学家陆续发现了一些类地行星,有些系外行星似乎具备了生命活动的条件。

一篇阐述“生命行星”多样化条件的文章发表在《科学》杂志,新颖而独特的观点能够激发科学家对生命条件的多样性思考。麻省理工学院的理论物理学家塞拉·西格尔用激进的观点展示了宜居行星的形成条件。潜在数量和种类的生命行星理论预测的数量更多,人们通常按照生命存在基本条件预测生命行星的数量,宜居行星的存在也许比一般性的预测更为普遍。作为系外星行星大气结构的专家,西格尔选择了前沿领域的研究课题,在《科学》发表的文章揭示了支持生命活动的行星类型。

液态水是宜居行星存在的一个前提条件,此外,宜居行星应当有适量的大气层,就像地球的大气层能够阻挡和吸收太阳辐射的热量。大气层类型和厚薄的分布状态至关重要,行星的大气层具有控制行星表面温度的功能、或发挥温室气体效应的作用。如果系外行星与主恒星的距离相当于地球到太阳的10倍、系外行星的大气层含有足够的氢气,那么即使系外行星没有处于主恒星周围的宜居带,它们同样可以拥有液态的水,从而具有潜在生命的可能。

“科学发现观”指引地外生命探索

——特殊的宜居行星

氢气能产生强烈的温室效应,“氢大气层”比地球大气的温室效应剧烈得多,通过氢气的温室效应可以保持系外行星表面的温度,即使与主恒星的距离很远,它们也能获得足够的辐射热量。那些接近主恒星、相对干燥的行星可能成为宜居行星,它们只用少量的水便能形成大气的湿度,一定湿度的行星大气具有良好的温室气体效应,从而创造一种适宜的温度。金星是一个干燥的行星,靠近太阳的金星显得“烈火四射”,它曾经含有大量的水,这是高湿度的金星大气造成的奇观,由于带来极大温室气体效应的金星大气逃逸到太空,一个早期干燥的金星失去了宜居性,金星能够重新演化为一个相当宜居的行星吗?自由飘移的“流浪行星”可能支持生命的形成,它们失去了主恒星的辐射热量,通过其它的太空辐射和自身内核的辐射热量,流浪行星可能保持表面的温度,自由流浪的行星需要大气层来制造温室效应。只要符合物理学和化学的基本规律,系外行星可能拥有任何生命的形态,应当重新定义宜居行星的概念。

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———探测生命的迹象

怎样确定大气的成份和构成?怎样确定“生物标识”性的气体?一些大气成分可能成为生命存在的标识,例如:地球大气层蕴含大量的氧气,它是一种指示生命的标识气体,氧气很快地实现和其它的元素的合成,如果得不到持续不断地补充,那么氧气就会消耗殆尽。系外星行星的大气含有不同的化合物,例如:臭氧和甲烷,它们和氧气一样构成了地外生命的标识气体。宾西法利亚大学的詹姆斯·卡斯廷是一位研究系外行星的专家,他相信宜居行星多样化、复杂性的观点,他和西格尔提出的观点表明,未来对生命行星的探索需要关注一些有挑战性的特征。NASA迟迟不能发射一颗用于观测和分析系外行星大气层的太空望远镜,这不是科学家提出的探测目标不够明确,而是由于计划的长期性和探索可能遭遇的挫折影响了NASA的决策。

“科学发现观”指引地外生命探索

———仰望灿烂的天空

科学家积极主张发射一颗“类地行星发现者”卫星(TPF),失败主要的原因与紧迫的时间安排无关,而是由于50亿美元的高昂费用。科学家希望设计一款能寻找特别类型系外行星的太空望远镜,如果将太空望远镜(TPF)发射升空,那么成功的更大可能性在于发现通常意义的宜居行星,而不在于发现有氢元素大气层的系外行星、或特殊类型的行星。科学家不会讲TPF使命计划“束之高阁”,NASA最近批准了一项新的卫星发射计划,这项称之为“系外行星经过的卫星探索”(TESS)旨在搜索系外行星,

“科学发现观”指引地外生命探索

TESS的发射时间定在了2017年,它将会搜寻小型、冷却的M型恒星,计划搜索此类恒星的数量大约为50万颗,这些恒星距离太阳相对较近,而开普勒太空望远镜主要搜索那些遥远的系外行星,它的搜索范围包含了15万颗恒星,这些恒星距离地球有数百万光年。TESS不能提供系外行星大气层有价值的信息,通过与未来发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜的共同协作,科学家也许能够获取行星大气的信息。预计詹姆斯·韦伯太空望远镜发射的时间在2018年之后。西格尔在《科学》杂志文章的结尾写到,“尽管有各种障碍,然而对外星行星特征的探索无疑是理解行星宜居性的正确方法,我们通过大气的特征可以发现行星世界的宜居性”。对生命的探索不等于地外生命的存在,在未来的探索活动中不能百分之百地保证发现生命的迹象,然而,科学探索总能给我们带来更好的结果、更正确的答案。

“科学发现观”指引地外生命探索




(编译:​​2013-5-3)

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