[圖文]系外行星表面或存有機物質組成的巨大海洋
這是美國宇航局所屬卡西尼探測器拍攝的土衛六近距離圖像。在星球地平線的邊緣可以明顯的看到其大氣層的分層結構。
這是一張藝術想像圖,模擬了紅矮星Gliese 581周圍行星系統的情景。遠處的紅色星球即是Gliese 581,而最近那顆岩石行星據信擁有5倍地球質量,並且位於「宜居帶」之內。其表面溫度可能允許其存在液態水。
這是卡西尼探測器從1100公里高空拍攝的土衛六照片。右側圖像顯示的一個被命名為「安大略湖」(Ontariou Lacus)的大型湖泊。在湖的下方甚至可以隱約分辨出海灘地帶。左側是2005年拍攝的另一幅該湖泊的圖像。
據美國太空網報道,根據一項新的研究顯示,宇宙中圍繞紅矮星運行的系外行星,甚至沒有任何母恆星的「流浪行星」,其表面可能都存在著由有機物質組成的海洋。這使得這些外星世界非常類似土星的衛星——土衛六(Titan)。
土衛六是太陽系中唯一一顆擁有濃密大氣層的衛星,其表面大氣壓甚至超過地球。同時它也是除地球之外唯一一顆確認地表存在液態物質的星球。土衛六的表面有著巨大的海洋,但裡面不是水,而是液態的甲烷。這不禁會讓人聯想,這樣的環境是否可能孕育出生命形式?就像地球上的水環境孕育了地球生命那樣?
不過這樣的生物如果存在,一定和我們的生理機制非常不同。它們可能和地球生物一樣以有機物為食,不過呼吸的是氫氣,呼出甲烷氣體。
美國宇航局埃姆斯研究中心的科學家克裡斯托弗·麥克凱(Christopher McKay)表示:「長期以來天體生物學家一直以液態水作為生命宜居環境的特徵,這在地球上當然如此。但是現在有越來越多的科學家認為液態甲烷或許可以取代液態水的地位,構成生命生存的必要環境。」
土衛六表面的海洋
假如土衛六不是圍繞土星運轉,而是圍繞太陽運轉的一顆大行星,它是否還能保持住它表面的海洋呢?對於這個問題,麥克凱和行星科學家阿什利·吉利安姆(Ashley Gilliam)計算了一個類似土衛六的行星世界,如果圍繞一顆M4型恆星(一種暗淡的紅矮星)運行可能將發生的情況。
「我們之所以選擇紅矮星作為模擬對象,是因為這種恆星是宇宙中最為常見的恆星類型。」吉利安姆說。「因此如果我們將來真的找到一顆類似土衛六的系外行星,它極有可能是圍繞一顆M4型紅矮星運行,而不是太陽那樣的恆星。」
研究中,他們同時還考慮了這樣一顆行星圍繞一顆M3恆星運行的情景。這種恆星同樣是一種紅矮星,但稍亮。恆星Gliese 581就屬於這一類別,研究已經確認這顆恆星周圍擁有一個大型的行星系統。
吉利安姆說:「我們選擇對Gliese 581行星系統進行細緻研究,是因為我們相信這一行星系統中那些氣態巨行星的衛星中,可能允許一顆類似土衛六那樣的衛星存在。」
紅矮星發出的光中紅外線的成分要多於太陽這樣的主序星。因此將有相對更多的光線抵達這樣一顆行星的地表,因為對於類似土衛六大氣那樣的霧霾而言,紅外線的穿透力相對較強。
如果將土衛六置於一個紅矮星系統中的特定軌道位置,使其能接受到和在太陽系中相同的光照強度。那麼,由於紅外線更強的穿透力,土衛六將受到額外的輻射,溫度將因此上升大約10攝氏度。
不過與此同時,由於紅矮星的耀斑爆發事件頻率遠高於太陽,因此其釋放出的高能粒子輻射和紫外輻射也要強烈得多。這樣的結果可能是在土衛六的大氣中形成更多的霧霾,阻擋陽光,最終導致全球性的降溫。
然而計算也顯示,土衛六這樣的星球是可以保存下自己的海洋的,但其距離母恆星的軌道距離必須適宜。如果它圍繞一顆M4型恆星運行,那麼這一距離範圍是0.084~0.23AU,1AU是一個「天文單位」,相當於地球到太陽的距離,約合1.5億公里。而如果它圍繞一顆類似Gliese 581的M3恆星運行,那麼其距離範圍大約為0.63~1.66AU。
一顆潮濕的流浪行星
然而,如果一顆類似土衛六的系外行星是一顆流浪星球,即它不圍繞任何恆星旋轉,而自由穿行於太空之中。那麼這樣的行星有沒有可能僅僅依靠自身的地熱能維持表面的海洋系統呢?根據計算,土衛六的地熱能釋放至少需要達到地球目前地熱產熱效率的20倍以上方能維持其表面溫度不致降低,而這對於這樣大小的一顆行星而言是不可能的。
然而,如果這樣一顆行星擁有的大氣層比目前的密度增大20倍,那它就能利用大氣包裹保住足夠多的熱量,用以維持自己地表的海洋系統不致消失。
麥克凱表示,科學界現在並不清楚流浪行星的大氣密度如何。但他認為如果一顆沒有母恆星時時照耀的流浪行星想要維持自己的海洋不致凍結,它必須擁有較大的體積和質量,並且溫度較高,同時還必須有一個厚厚的大氣層來保護這些熱量不致於過快的散失殆盡。