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  • 太好了,地外液态水公式诞生:​宜居卫星比宜居行星多4倍!

    到目前为止,对地外生命的搜索,主要集中在距离恒星较远的行星上,因为那里的表面可能存在液态水。但在我们的太阳系内,大部分液态水似乎都在这个区域之外。冷气体巨星周围的卫星,被潮汐力加热到熔点以上。因此,如果也考虑卫星,其他行星系统的搜索数量就会增加。来自SRON和RUG的科学家,现在已经找到了一个公式来计算这些“地外卫星”中地下海洋的存在和深度。

    太好了,地外液态水公式诞生:​宜居卫星比宜居行星多4倍!

    在寻找地外生命的过程中,到目前为止,目前主要观察的是距离母星较远的类地行星,这些行星的温度在水冰点和沸点之间。但如果太阳系为例,卫星看起来比行星更有希望。例如土卫二、欧罗巴以及木星、土星、天王星和海王星的另外六颗卫星可能蕴藏着地下海洋。它们都在远离传统宜居地带的地方(表面真的很冷),但它们与宿主行星的潮汐相互作用会使内部升温,其研究发表在《天文学与天体物理学》期刊上。

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    随着卫星进入方程式,系外行星猎人,如未来的柏拉图望远镜-SRON也在研究在寻找生命方面获得了狩猎场。当天文学家发现所谓的地外卫星时,主要的问题是液态水是否可能存在。来自SRON荷兰空间研究所和格罗宁根大学(RUG)的研究人员,现在已经推导出一个公式,告诉我们是否存在地下海洋,以及它有多深。主要作者杰斯珀·特约亚(Jesper Tjoa)说:根据最常见的定义,我们太阳系有两颗拥有宜居表面的行星,即地球和火星。

    宜居卫星比行星多四倍

    根据类似的定义,大约有8颗卫星在其表面以下具有潜在的宜居条件。如果将这一定义扩展到其他行星系统,那么宜居系外行星卫星的数量可能是系外行星的四倍。考虑到这一点,Tjoa和他的主管Floris van der Tak(SRON/RUG)和Migo Mueller(SRON/RUG/Leiden天文台)推导出了一个公式,提供了海洋深度的下限。其中涉及因素包括卫星的直径,到行星的距离,表面砾石层的厚度,以及下面冰层或土层的导热系数。

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    前两个是可以测量的,另外两个必须根据我们的太阳系进行估计。虽然地下生命比地表生命更难找到,但在不久的将来就有可能获得信号预示。观测天文学家研究穿过系外行星大气层的星光,例如可以识别氧气。当将未来的望远镜对准系外行星时,可能会看到土卫二上的间歇泉,这些间歇泉来自地下海洋。理论上,可以通过这种方式识别生命的迹象。

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    研究假设太阳系是典型的,拥有液态水系外行星卫星的数量可能会超过系外行星,如果宜居比例与我们太阳系相似,那么卫星将构成宇宙中最大数量的宜居地。我们太阳系中的冰冻卫星,如欧罗巴和土卫二,已经被证明拥有液态水,这是地球上生命存在的先决条件。研究在什么样的热和轨道环境下,冰冻卫星可能会维持地下海洋,从而“地下宜居”。研究特别关注潮汐加热,这可能会使卫星液态水远远超出保守的行星宜居区。

    太好了,地外液态水公式诞生:​宜居卫星比宜居行星多4倍!

    研究利用现象学的方法来研究潮汐加热,计算了恒星和行星(热和反射恒星)照明的轨道平均通量。然后计算了地下温度,这取决于通过冰壳和一层绝缘层的光照度和热传导到表面的温度。采用纯传导模型,忽略火山作用和冰壳对流作为内部热量的出口。在这个过程中,研究确定了冰融化深度和次表层海洋的形成。研究找到了卫星物理特性和轨道特性与融化深度之间的解析表达公式,由于公式直接将冰卫星的可观测性与融化深度联系起来:

    太好了,地外液态水公式诞生:​宜居卫星比宜居行星多4倍!

    使科学家能够迅速地对任何给定的卫星融化深度设定上限,再现了土卫二地下海洋的存在;还发现天王星两颗最大的卫星(泰坦尼亚和奥伯龙)可以很好地维持这样的存在,模型预测土卫五没有液态水。研究表明:可居住地外环境可以在整个行星系中找到,这在很大程度上与到主星的距离无关。小型冰冻地下宜居卫星可能存在于雪线以外的任何地方。在未来的观测中,这可能会将对外星宜居环境的搜索范围扩大到星际周边宜居带之外。

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    博科园|研究/来自:SRON荷兰空间研究所

    参考期刊《天文学与天体物理学》

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