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研究发现:外星球的海洋环流可能是外星生命的关键

发布时间:2020-05-20
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世界各地的科学家长期以来一直在解决这个问题:在其他星球上是否有生命,如果有,我们如何找到它?面对太阳系以外数以千计的行星要探索,科学家们需要一种方法来预测哪些系外行星最有可能拥有生命。让事情变得更复杂的是,预测必须基于可以从几光年外乃至几十几百光年进行的观测,包括如这颗系外行星的大小、质量和大气的组成等。

芝加哥大学行星科学家斯蒂芬妮·奥尔森(Stephanie Olson)在新表在《天体物理学》期刊上的研究中提出了一个新模型,该模型预测了海洋的循环模式,如何影响外星球上生命的好坏。这些因素可以指导科学家在其他星球上寻找生命,其研究发现表明,寻找一颗与地球几乎完全一样的行星,可能不会把我们带到最有可能存在外星生命的地方。研究的合著者、芝加哥大学副教授多里安·阿伯特(Dorian Abbot)说:

以前关于系外行星海洋的少量研究主要集中在它们对气候的影响上,这项研究开始评估海洋环流对营养循环、生物生产力以及系外行星上潜在生命的可探测性影响。环流模式会对海洋生命生存能力产生戏剧性的影响,地球上海洋中的大部分生命存在于顶层,顶层接收阳光以支持光合作用的有机体,并与大气交换气体。随着死亡的有机体被重力拉下,这种混合层不断地将营养物质流失到海洋的更深、更静的区域。

这些营养物质返回到维持生命的混合层,依赖于一个被称为上升流的过程。上升流发生在特定的位置,那里的风导致地表水发散,深水向上流动以取代它们,带来了为生命提供燃料的营养物质。地球物理科学系T.C.Chamberlin博士后研究员奥尔森说:如果观察地球海洋中的生命,会发现它们绝大多数集中在有上升流的地区。研究使用了一个模型来探索可观测特征的微小变化,如行星的大小或自转速度:

如何显著影响系外行星海洋中的上升流数量,从而有利于或不利于海洋表面的生命。研究发现,那些自转速度比地球慢、表面压力比地球高、海洋含盐量比地球高的行星,可能都会经历更大的上升流。这可能会产生更活跃的光合作用生命,最终可能会表现为更多可检测到的光合作用生命。这些是我们在生命探测研究中应该优先考虑的行星类型,如果找不到生命,不探测可能更有意义。其研究结果与关于系外行星优先顺序的普遍观点形成鲜明对比:

人类发现外星生命的最好机会,将可能是找到一颗具有尽可能多类似地球特征的系外行星。这项研究促使我们将搜索范围扩大到类地行星以外的地方,并考虑是否有可能比地球本身更适合生命存在的行星。特别值得一提的是,系外行星一些不同于地球的特征,可能会导致大气中更多生物活动的气体特征(例如氧气和甲烷)使这些行星上的生命更容易从远处被探测到。除了为寻找其他行星上的生命提供信息外,研究模型还可能提供有关地球上海洋环流模式的信息:

并为我们星球上生命的过去和未来提供洞察。在地球的历史进程中,太阳的自转速度、表面压力和亮度都发生了变化。研究模型表明,所有这些变化都随着时间的推移而增加了上升流,并可能推动了地球海洋中的生命蓬勃发展。此外,盐度的增加可以极大地影响地球气候,如果将海洋中的盐分增加一倍,将导致所有海冰融化,并导致地球变暖6摄氏度。如果两个盐度差异的因素对行星气候如此重要,那么海洋盐度也是真正需要考虑的问题。

就我们自己星球的气候演变而言,研究模型通过微妙地修改类地行星的特征,一次一个参数地预测了海洋环流和气候的这一变化和其他令人惊讶的显著变化。如果参数同时改变,以更准确地反映系外行星的特征可能与地球有何不同,可能会产生更戏剧性的影响,从而打开几乎无限的探索场景。海洋真的是充满活力的栖息地,本研究在这里只是触及了皮毛,研究人员的愿景是:人们会对此感到兴奋,并继续研究和探索更具差异化的可能性。

博科园|研究/来自:芝加哥大学

研究发表期刊《天体物理学》

文章来源:博科园
责任编辑:葛蕾

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