如果地球变成“超级地球”,是否还能依然宜居?

如果地球变成“超级地球”,是否还能依然宜居?
2020年02月12日 08:50 新浪科技

  新浪科技讯 北京时间2月12日消息,在将近四年的时间里,美国国家航空航天局(NASA)的开普勒空间望远镜一直在绕行太阳的轨道上,观测我们所在的银河系角落。它监测了超过15万颗恒星,致力于寻找其他恒星系中与地球差不多大小的行星。开普勒任务没有让人失望,截至2018年,天文学家发现了超过18000颗候选系外行星,大约3800颗已被确认,其中有2325颗由开普勒空间望远镜发现。在这些系外行星中,有许多就被称为“超级地球”。

  这些遥远的行星可能会让你想起我们的家园——地球。它们都是由岩石构成,比气态巨行星小得多,而且位于母恒星附近,大气相对稀薄。不过,这些行星比蓝色的地球要大得多,体积通常比地球大2到10倍。

  如此众多的超级地球引出了一个问题:如果我们的地球是现在的两倍甚至十倍大小,会发生什么?这对生命又意味着什么?

  美国加州大学圣克鲁斯分校研究行星形成的博士研究生米基·罗森塔尔(Mickey Rosenthal)表示,地球和太阳系其他内行星(火星、金星和水星)原本可能正朝着这个方向发展。他指出,有一种理论认为,由于气态巨行星木星的体积过于巨大,以至于切断了内行星获取宇宙物质的途径,使得它们的体积无法变得更大。

  无论造成地球如今体积的原因是什么,我们都无法真正了解如果它变成超级地球会发生什么。不过,基于对遥远类地行星的了解,科学家提出了一些想法。

  如果我们生活在超级地球上,首先,你会变得更矮——不止是你,珠穆朗玛峰和加州国家公园的每棵巨树也同样如此。这是因为,如果一颗行星的体积增加,而其他一切保持不变,那它的重力也会相应增加。如果地球的大小是现在的两倍,那你的重量就是现在的两倍,因为地心引力对你的拉力是现在地球的两倍。你需要更多的能量来抵抗地心引力,而人类今天的身体结构还没有强大到足以保持原来的身高。

  美国华盛顿大学研究行星适居性的科学家罗里·巴恩斯(Rory Barnes)表示,随着行星体积的增大和引力场的增强,地球也会经历更多的碰撞。他指出,作为一颗超级行星,更大的引力将使地球吸引更多、更大的小行星,因此“世界末日”式的碰撞事件将更频繁发生,比现在更令人担忧。

  假设超级地球比现在的地球大10倍,那它的内部将发生巨大的变化。铁核和液体地幔也会增大10倍,而随着更多的重力作用在更大的物体上,地球表面下的压力会增加。巴恩斯指出,这种高压可能会导致铁核固化。

  就现在而言,地球的部分液体核心通过对流,产生了地球磁场。巴恩斯表示,如果地核固化,这种对流就会停止,磁场就会减弱或消失。如果地球磁场减弱或消失,那对地球上的生命来说将是灭顶之灾。

  磁场保护着地球上的生命免受来自太空的伤害。如果没有磁场,太空中飞行的带电粒子,又称为太阳风暴,就将直接轰击地球。巴恩斯指出,这些微小的辐射粒子会导致各种各样的问题,比如破坏DNA,或增加癌症的风险等。

  巴恩斯还指出,更大的内核可能使超级地球比现在的地球更活跃。随着行星半径的增大,其内部的能量会越来越多,而能释放能量的地方会越来越少。因此,出现更多的火山爆发并不奇怪。在超级地球上,板块构造也会不同,不过确切的影响仍是一个悬而未决的问题。更大的地幔也会更热,可能会产生更强烈的对流,推动板块运动。但另一方面,地壳有可能在高压下完全融合在一起,使板块构造运动不再存在。

  从迄今为止科学家发现的超级地球来看,如果地球变成了一个超级地球,它是否适合居住还是一个问号。开普勒空间望远镜最擅长探测离恒星很近的行星——比地球离太阳近得多。科学家已知的大多数超级地球与其母恒星之间的距离,几乎和水星与太阳之间的距离一样近。

  加州大学洛杉矶分校天体物理学副教授希尔克·施里希廷(Hilke Schlichting)表示,如果要与地球有可比性,超级地球的公转周期需要大约100天。她指出,这样的轨道距离如果适合生命存在,那该恒星系的母恒星需要比太阳小得多。如果我们的地球也离太阳这么近的话,地球上所有的水都会蒸发。换言之,地球将脱离适居带,本质上将变成一个蒸汽行星。

  纽约市西蒙基金会计算天体物理中心的研究者罗德里戈·卢格(Rodrigo Luger)表示,令人惊讶的是,迄今为止发现的许多超级地球似乎都富含水,有的就像是“水世界”。他认为,这些行星可能由大块的冰体形成,然后在向母恒星附近移动的过程中,导致它们的冰体融化。

  然而,这些行星可能并不适合人类居住,因为它们的深海可能会形成一个坚固的冰层。卢格认为,这种冰层的形成不是因为低温,而是由于超级深海的强大压力形成的,这种压力迫使水分子变成了固态。这个冰层阻隔了任何大气与星球内部的相互作用,既没有碳循环(地球的碳会在大气、海洋和地壳之间循环流动),也没有矿物交换(大气和地幔之间的相互作用调节着地球的长期温度变化)。至少对于我们所知道的生命来说是这样,这些因素都进一步降低了适居性。

  或许更现实的情况是,科学家对超级地球的疑问要比结论多得多。卢格说:“我们还没有完全了解我们自己星球内部的物理机制,更不用说太阳系外的行星了。”的确,我们不知道如果地球体积变得过大,或者离太阳更近会发生什么,但到目前为止,我们应该庆幸自己没有生活在这样的“超级地球”上。(任天)

磁场冰层
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