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研究表明冰凍的類地行星,也可以支持生命存在

一項新的研究表明,曾經被認為太冷而無法支持生命存在的冰冷行星,可能在零度以上擁有適宜居住的陸地區域,這對人們通常認為的適合居住的行星類型提出了挑戰。長期以來,科學家們一直認為,由於極度寒冷,雪球行星(類似地球的行星,海洋被凍結在赤道上)對生命是不友好的。但是發表在AGU《地球物理研究期刊》上的一項新研究發現,一些滾雪球行星的赤道附近可能有一些陸地區域,這些區域的溫度適宜居住。

多倫多大學天文學家、物理學家、這項新研究的主要作者阿迪夫·帕拉迪(Adiv Paradise)說:這些行星在傳統上可能被認為不適合居住,這表明它們可能適合居住。宜居帶是一個距離恆星一定距離的區域,理論上一個行星可能有液態水和足夠溫暖的溫度來維持生命。宜居帶的行星可以像地球一樣溫暖溫和,也可以像雪球行星一樣完全冰凍。地質學家懷疑,地球在過去經歷過一到三個雪球期,海洋微生物可能至少在其中一個時期存活了下來。

地球是通過自身的雪球事件而適宜人類居住,因為生命先於我們的雪球事件而出現,而且生命在雪球事件之後很長一段時間仍然存在,但那時我們所有的生命都在海洋裡,陸地上什麽都沒有。在這項新研究中,Paradise和同事想知道雪球行星上的陸地區域是否能夠達到維持生命的溫度。研究使用一個計算機程序來模擬不同氣候變量在理論上的雪球行星上,調整條件,如陽光的數量和大陸的配置。一個變量是二氧化碳,二氧化碳吸收熱量,使地球保持在溫和的氣候範圍內。

沒有二氧化碳,行星變冷,海洋凍結。當大氣中的二氧化碳水準由於降雨和侵蝕的共同作用下降得太低時,行星就會變成雪球。水吸收二氧化碳並將其轉化為碳酸,在侵蝕過程中與地面上的岩石發生反應。這種相互作用使碳酸分解得更多。它與礦物質結合,然後被帶到海洋,最終儲存在海底。此前,科學家們認為,由於行星表面的所有水都被凍結了,行星大氣中的二氧化碳在滾雪球階段就停止了釋放。

但令人驚訝的是,這項新研究發現,一些雪球行星即使在凍結後仍在繼續失去二氧化碳。這意味著這些行星必須有一些不結冰的地面和偶爾的降雨,水才能繼續從大氣中去除二氧化碳。該研究模擬了一些更溫暖的雪球行星,這些行星的陸地區域足夠溫暖,即使當海洋凍結在赤道上時,也能容納液態水和生命。發現,遠離冰凍海洋的大陸中心地帶的溫度可以達到10攝氏度(50華氏度)以上。這比生命繁殖的最低溫度要高得多,科學家估計最低溫度為零下20攝氏度。

研究結果還表明,在某些條件下,類地行星可能會陷入滾雪球狀態。科學家們過去認為行星是通過火山釋放的二氧化碳逐漸積累而經歷雪球階段。但研究人員表示,風化作用會從大氣中吸收足夠多的二氧化碳,以平衡火山噴發,形成一個地球永不融化的負反饋循環。這些發現表明,什麽是宜居行星,什麽不是,兩者之間的界限可能不像地質學家曾經認為的那樣明確,這條線實際上有點模糊。

博科園|研究/來自:美國地球物理聯盟

參考期刊《地球物理研究期刊》

DOI: 10.1029/2019JE005917

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