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    木星的巨大引力可以帮助我们发现外星世界

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      牛顿

      比起关心它们与恒星的距离是否适合液态水,寻找可居住的系外行星有着更多要做的事情。例如,地球,火星和金星等行星是否岩石化?它具有板块构造和磁场吗?有大气层吗?

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      还有另一个重要的问题:在同一颗恒星的轨道上,世界是否受到其他系外行星的不利影响?为了更好地理解这一点,天文学家正在研究天然气巨星木星们自己的行星轨道上拥有的巨大引力。

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      图解:木星南半球观 图源:jpl.nasa

      这项技术已经在发表到《天文期刊》的新论文上进行了概述并且上传到了arXiv网站上。

      虽然在我们太阳系中行星相距非常遥远,他们仍然近到可以影响彼此的轨道,即使只有一点点。

      对地球来说,这意味着与木星和土星的相互作用(主要)会拉长其轨道的椭圆形状,并影响其轴向倾斜度,从而产生冰川和间冰期气候循环,称为米兰科维奇循环。

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      图解:通过VSOP模型显示的过去和将来的米兰科维奇循环

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      总的来说,尽管有冰河时代的灭绝事件,但这并没有阻止生命的繁荣。但是,如果木星的影响力更大并且地球的轨道变得更加拉长和偏离中心呢?这对地球的可居住性意味着什么?

      南昆士兰大学的天文学家乔尼对科学警报说:“如果地球的轨道与水星在我们太阳系中的轨道一样多,那么地球将不适合人类居住。这里将不会有生命。”

      “水星的偏心率可以高达0.45。如果地球的偏心率如此之高,那么当它离太阳最近时,地球比金星离太阳更近,而当地球离太阳最远时,则和火星离太阳一样远。”

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      图解:木星的直径比太阳小一个数量级,比地球大一个数量级。大红色斑点的大小与地球大致相同。 图源:wikipedia

      是否木星会导致如此巨大的变化是未知的,因此霍纳和一个由同事组成的国际团队着手进行了一个项目来寻找答案。他们制作了太阳系的模拟,并移动木星来观察会发生什么。

      结果非常令人惊讶。研究团队发现他们的模型运转了,意味着他们可以对太阳系进行模拟来确定行星如何在重力作用下相互作用,以及行星是如何绕恒星运行的,并演示出和我们对太阳系对米兰科维奇循环的影响理解相不一致的内容。

      但是它们也展示了事物是如何迅速崩塌的。

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      “其中我们立刻发现的一件事是,使我们的太阳系变得不稳定实际上是很容易的,”霍纳对科学警报说。

      “在我们大约四分之三的模拟中,当我们移动木星时,我们将其放置在太阳系在1000万年内解体的地方。这些行星开始相互碰撞,并从太阳系中喷出。”

      虽然这听起来有点令人惊慌,但这些结果实际上和系外行星的研究无关,因为任何悬挂了足够长的时间以至于我们可以检测到的系外行星系统极有可能是稳定的。

      事实上,在我们对外星世界的探索过程中有很多好消息——在团队运行完成的剩余四分之一的模拟中,地球实际上是相当正常和宜居的。

      研究人员说,这与稀土假说相矛盾,稀土假说提出产生地球生命的条件是如此独特,以至于它们永远不能在宇宙的任何其他地方被复制。

      “地球爆炸得恰到好处。不是很快,不是很慢,不是很大,也不是很小。真的很合适,”霍纳说。

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      图解:太阳和太阳系行星以及行星序列的描绘

      稀土假说认为,如果没有这样的排列,特别是没有巨大的天然气巨星木星(来自太阳的第五个行星,也是最大的),地球上就不会出现复杂的生命。图源:wikipedia

      “这表明至少对于这种轨道影响,轨道扰动,不会变成稀土地球,在我们模拟的系统中,你发现的大多数在地球轨道上的行星,如果从周期性(气候)振荡的角度来看,会和地球一样适合生命。”

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      图解:在类似恒星的宜居区域中发现了数量与地球相似的行星。2015年的信息图描绘了开普勒62e,开普勒62f,开普勒186f,开普勒296e,开普勒296f,开普勒438b,开普勒440b,开普勒442b,开普勒452b。 图源:wikipedia

      这些是重要的观察结果,因为研究的最终目的是设计一个实验来帮助缩小哪些系外行星值得进一步的观察的范围。

      在未来的某个时候,我们的技术将变得足够尖端来探测可居住范围内许多更小的、地球大小的系外行星。但是在高需求而显微镜时代有限的情况下,我们需要确定我们可以采取的其他的第一步,以评估特定的系外行星是否值得继续研究。

      一种方法是检测同一恒星周围轨道上其他系外行星对潜在可居住性的影响。

      霍纳解释说:“我们永远不会找到只有一个行星而没有其他行星的行星系统。”

      这就是模拟发挥作用的地方。它们不仅可以用来确定系统的动力学,而且可以用来确定所讨论的系外行星在很长一段时间内仍可居住的可能性。

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      在团队的工作能被大规模应用之前还有一段时间。我们目前的仪器还并不足以检测它所观测的系外行星。随着更先进的望远镜的出现,这种情况将在未来10年发生改变。

      这也意味着还有更多的工作要做。研究团队希望他们的工作意味着当可居住的系外行星探测开始涌入时,行星天文学家可以通过模拟来运行。这意味着需要对模拟进行调整,来观察当你移动太阳系的其他行星时会发生什么,例如金星,火星和土星。

      霍纳说:“我认为,这种复杂性正是我们要去深入研究的问题。”

      “然后进一步地,我们还将考虑将这项工作与人们开发的气候模型联系起来,看是否可以将其转变为完全可预测的气候解决方案。”

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      “换句话说,如果知道行星的轨道,你能预测气候的变化程度,而不仅仅是预测轨道如何变化。它将气候科学和天文学以一种非常出色的方式结合在了一起。”

      该研究已被《天文期刊》采纳,并在arXiv网站上可用。

      作者: MICHELLE STARR

      FY: 张玉兔

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