想要移居外太空？教你怎么選落腳星球
生命的存在需要哪些條件？
如何判斷一顆星球是否宜居？
哪些星球有望成為太空移民的落腳點？
撰文 | 光酒
編輯 | 金莊維
“科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了宜居行星！”我們總是會為這樣的消息感到興奮。因為如此一來，我們就有希望成為太空移民，減少母星地球的負(fù)擔(dān)。說不定還能通過開礦成為萬億富翁！
那么，我們?nèi)绾闻袛嘁活w星球是否宜居？在已知的星球中，哪些有望成為太空移民的落腳點？
生命的存在需要什么
據(jù)我們目前所知，地球是唯一擁有生命的星球。以地球和地球生命為模板，生命的存在與發(fā)展需要基于下列條件。
水
“水是生命之源”，這句話不僅僅用于地球環(huán)境保護(hù)，也是判斷生命能否存在的一大標(biāo)準(zhǔn)。地球生命以碳元素為基礎(chǔ)，水不僅在地球生命體中大量存在，也承擔(dān)著新陳代謝中的重要作用，是生命生存繁衍和進(jìn)化發(fā)展的必要物質(zhì)。
根據(jù)對地球生命特征和演化歷程的分析，液態(tài)水成為判斷生命存在的一項重要指標(biāo)。一個有趣的例子是，百年之前，意大利天文學(xué)家斯基亞帕雷利（Giovanni Virginio Schiaparelli）發(fā)現(xiàn)火星表面縱橫的溝渠，這些溝渠被英文翻譯誤傳為“運河”。正因如此，火星在地外生命搜尋頭號種子的位置上盤踞良久。此外，卡西尼號探測器傳回的數(shù)據(jù)表明，土衛(wèi)二表面冰層下極有可能存在全球性海洋，并有水熱活動。這讓土衛(wèi)二成為冉冉升起的“行業(yè)新星”。
火星（圖源：nasa.gov）
空氣
只有水是不夠的。地球上的生命還得感謝濃密的大氣層——不僅為我們遮擋了致命的宇宙輻射，也燃燒掉了許多可能威脅到生命的小型天外來客，讓我們多了一個許愿的理由?？諝庵械难鯕飧嵌嗉?xì)胞生物繁榮發(fā)展的大力推手之一。因此，是否能夠擁有并維持住足夠厚的大氣層，也成為判斷行星上是否可能存在生命的加分項目之一。
溫度
適宜的溫度不僅是液態(tài)水存在的必要條件，也能夠為生命的起源與發(fā)展提供有利環(huán)境。雖說“十里不同天”并不是詩人的臆想，但過于激烈的溫度變化和太大的溫變范圍將給生命帶來巨大的挑戰(zhàn)。就算彪悍如水熊蟲，在極端溫度下也得休眠保命優(yōu)先。
穩(wěn)定
地球隨太陽系誕生于46億年前，而目前發(fā)現(xiàn)地球上最早的生命活動痕跡出現(xiàn)在37.7億到42.8億年前。也就是說，從行星誕生到生命起源，大約需要5到10億年的時間。因此，能夠發(fā)展出生命的行星，應(yīng)當(dāng)能夠擁有較長時間的穩(wěn)定空間環(huán)境，其恒星能夠持續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)數(shù)十億年，才能給生命足夠的發(fā)展機(jī)會。
什么樣的星球適宜生存
那么，什么樣的行星（尤其是系外行星）能夠滿足這些條件，稱得上是一顆“宜居”星球呢？在對行星進(jìn)行考量之前，我們先得對它們所處的環(huán)境做一番篩查。
宜居行星位于相對孤立的恒星系。銀河系中心的大型黑洞附近、超新星的伽馬射線風(fēng)暴下游，球狀星團(tuán)的恒星分布密集區(qū)域…… 這些環(huán)境要么過于極端，要么容易受到“鄰居”的影響，都不能給行星提供長期穩(wěn)定的空間環(huán)境。因此，像太陽系這種相對孤立的星系將更利于生命的形成和繁衍。
通常認(rèn)為，擁有超過一顆恒星的星系不利于生命出現(xiàn)。因為在雙星系統(tǒng)中，行星會受到兩個恒星的引力影響，使得軌道變得不穩(wěn)定。但雙星系統(tǒng)也并非不能孕育生命。有研究認(rèn)為，低質(zhì)量雙星系統(tǒng)的能量輻射疊加后，其宜居帶的位置遠(yuǎn)離中央恒星，減少了輻射帶來的危害。另外，如果雙星的距離足夠近，從遠(yuǎn)處看就和單顆恒星非常相似，圍繞它們公轉(zhuǎn)的行星軌道也很穩(wěn)定，因此能為生命提供宜居條件。
雙星系統(tǒng)（圖源：1000facts.com）
另外，宜居行星環(huán)繞中等溫度的恒星運行。這些恒星溫度要適中，不可太熱或太冷，而且要存在較長時間，使得生命有機(jī)會出現(xiàn)。根據(jù)恒星的光譜類型，宜居恒星的光球溫度大約在7000K至4000K。而且恒星至少要存在數(shù)十億年，生命才能有機(jī)會在環(huán)繞其運行的行星上繁衍。一般認(rèn)為，主序星的行星才能有機(jī)會提供生命的存在環(huán)境。
篩選過星系和恒星之后，我們來把目光對準(zhǔn)行星本身。為了擁有并有效維持液態(tài)水和大氣層，宜居行星需要具有足夠的質(zhì)量、恰當(dāng)?shù)捏w積和軌道位置，以及固態(tài)巖石表面。而行星表面溫度不僅受制于恒星光譜特征、自身軌道位置和質(zhì)量，還受到地質(zhì)活動強度、大氣成分、反照率等諸多因素的影響。
適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量和體積
如果行星質(zhì)量不夠大，就無法維持足夠的大氣層，氫元素很容易逃逸，也就無法形成水。但大質(zhì)量的類木氣體行星由于不具有固態(tài)巖石表面，通常也不作為首選。一般認(rèn)為，0.1-1個地球質(zhì)量，或體積為0.4-2.5地球半徑的行星更有可能適宜居住。
軌道位置
距離恒星太近，表面溫度過高，水會蒸發(fā)成水蒸氣，行星本身也易于被恒星潮汐鎖定，造成表面巨大溫差；距離恒星太遠(yuǎn)，表面溫度太低，水固結(jié)成冰，無法維持液態(tài)水。因此，行星離恒星的距離也是衡量宜居性的要素之一。星系中這一適合的位置被稱為“宜居帶”，但由于不同恒星的光譜類型差異以及行星自身質(zhì)量的不同，宜居帶的位置并沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)。
其他加分項
適當(dāng)?shù)淖赞D(zhuǎn)速度能夠讓行星維持較為均勻的表面溫度，有利于液態(tài)水的形成和維持，也有利于為生命提供更適宜的環(huán)境。軌道偏心率越小，越近似圓形的行星，其表面環(huán)境年際變化幅度也越小，宜居性越高。
地球相似指數(shù)？
由于地球是目前所知唯一有生命存在和繁衍的星球，一個衡量星球宜居性的指標(biāo)就是“地球相似指數(shù)”（ESI - Earth Similarity Index），其含義不用過多解釋，就是該行星的質(zhì)量、體積等要素與地球的相似程度。但這個指數(shù)并未涵蓋行星宜居性所需的所有方面，而且不同星系的宜居指標(biāo)也并非千篇一律，因此高地球相似指數(shù)并不能說明該行星更加宜居。
已知的候選者
根據(jù)目前已發(fā)現(xiàn)的系外行星的恒星光譜特征、軌道位置、質(zhì)量、體積、公轉(zhuǎn)、表面溫度、宜居帶狀態(tài)等信息及推算信息，研究人員一共篩選出53顆可能宜居行星。其中火星大?。?.1-0.5倍地球質(zhì)量或0.4-0.8倍地球半徑）的1顆，地球大?。?.5-5倍地球質(zhì)量或0.8-1.5倍地球半徑）的22顆，超級地球（5-10倍地球質(zhì)量或1.5-2.5倍地球半徑）30顆。這些行星中，最遠(yuǎn)的距離我們2869光年，最近的也有4.2光年（就位于有名的半人馬座啦）。
圖中這些是其中最可能宜居的13顆系外星球。它們?nèi)急鹊厍虼?。根?jù)體積和軌道位置推測，它們非?？赡軗碛幸簯B(tài)水。但對于它們的真實環(huán)境情況，我們尚且一無所知。（右側(cè)分別是地球、火星、海王星和木星大小對比）。
（圖源：phl.upr.edu）
當(dāng)然，這些都是根據(jù)地球上的碳基含水生命所做的推測。茫茫宇宙，浩瀚星空，焉知沒有徜徉在液氨海洋中的氮基生物，或者呼吸著氟化氫的硅基生命呢？
參考資料
[1] http://phl.upr.edu/projects/habitable-exoplanets-catalog
[2] http://pansci.asia/camp/asiaa/issue6/
[3] http://pansci.asia/camp/asiaa/issue4/
[4] http://toments.com/247330/
[5] http://www.sohu.com/a/151417126_735420
[6] https://www.cdstm.cn/theme/hellosky/201803/t20180319_725321.html
[7] https://zh.wikipedia.org/wiki/行星適居性
文章頭圖及封面圖片來源：newyorker.com
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