科學(xué)家迄今為止發(fā)現(xiàn)了數(shù)十顆潛在的宜居行星，生命可能在宜居的行星誕生和成長(zhǎng)，宇宙充斥了支持生命活動(dòng)的宜居行星，科學(xué)家估計(jì)銀河系至少有600億顆適宜生命條件的行星，有些生命行星伴隨在微弱光芒的紅矮星周圍。NASA的開(kāi)普勒行星搜索器收集了觀測(cè)數(shù)據(jù)，科學(xué)家經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析推算，在每一顆紅矮星的宜居帶內(nèi)有一顆地球尺度的行星，紅矮星是宇宙中最常見(jiàn)的一類恒星，在仔細(xì)分析了系外行星覆蓋的氣體云的特性之后，科學(xué)家將宜居行星的數(shù)量提高了兩倍。

芝加哥大學(xué)地球物理學(xué)系組成了一支科學(xué)團(tuán)隊(duì)，助理教授多里安·阿博特?fù)?dān)任團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人，他解釋了宜居行星數(shù)量大幅上升的原因，行星上空的氣體云反射了太陽(yáng)光線，阻擋了一部分恒星的輻射熱量，行星表面的溫度隨之下降。行星上空的氣體云吸收了行星表面的紅外線輻射，溫室效應(yīng)提升了行星表面的溫度，氣體云對(duì)行星表面起到了恒溫器的作用。恒星宜居帶是在恒星外側(cè)的一個(gè)溫度適合的區(qū)域，巖體行星在宜居帶內(nèi)能夠保持表面的水分，液態(tài)水的存在是生命成長(zhǎng)的必要條件。

在恒星系Gliese581的情形中，一顆擁有氣體云和表面水分的行星在一顆紅矮星的周圍轉(zhuǎn)動(dòng)，芝加哥大學(xué)和西北大學(xué)的研究人員證實(shí)，在宜居帶內(nèi)繞紅矮星轉(zhuǎn)動(dòng)的行星數(shù)量比之前的估計(jì)高出很多。一顆行星太靠近主恒星，行星表面的水分會(huì)完全蒸發(fā)，反之，一顆行星太疏遠(yuǎn)主恒星，行星表面的水會(huì)徹底冰凍。紅矮星比太陽(yáng)的光線更加昏暗，溫度更低，紅矮星周圍宜居帶的環(huán)境舒適而溫暖。西北大學(xué)的博士后研究員尼古拉斯·考恩進(jìn)行了計(jì)算，在接受同樣數(shù)量的熱量輻射時(shí)，地球在太陽(yáng)周圍的軌道需要轉(zhuǎn)動(dòng)一天，一顆低質(zhì)量的行星在矮星周圍的軌道需要轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)月到兩個(gè)月。

在紅矮星周圍的軌道轉(zhuǎn)動(dòng)了一顆溫暖而宜居的行星，該行星距紅矮星太近時(shí)，它將會(huì)對(duì)宜居行星產(chǎn)生“潮汐鎖定”，宜居行星的“向陽(yáng)一面”始終朝向主恒星，好像月球的“向地一面”始終朝向地球，紅矮星周圍宜居行星的“向陽(yáng)一面”受到“陽(yáng)光”的永恒照射。在矮星周圍宜居行星的表面可能有液態(tài)的水，科學(xué)家使用新一代的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，可能探測(cè)到行星表面的液態(tài)水。經(jīng)過(guò)模擬的白色氣體云團(tuán)覆蓋在被潮汐鎖定的藍(lán)色行星的上空，芝加哥大學(xué)和西北大學(xué)的研究人員使用全球氣象系統(tǒng)模型，研究了天文學(xué)中的宜居帶問(wèn)題。

通過(guò)使用3D技術(shù)，科學(xué)團(tuán)隊(duì)模擬了行星上空的“氣體云效應(yīng)”，紅矮星對(duì)周圍的行星產(chǎn)生了“潮汐鎖定”，氣體云中的氣體和濕氣向被“潮汐鎖定”行星的一面聚集，在朝向主恒星的行星上空形成了高反射性的氣體云層，永恒處在正午位置行星的表面覆蓋了氣體云層，在氣體云層和行星表面之間出現(xiàn)強(qiáng)烈的對(duì)流現(xiàn)象，氣體云對(duì)行星表面的溫度產(chǎn)生了調(diào)節(jié)效應(yīng)，宜居帶內(nèi)側(cè)變得涼爽，相當(dāng)于擴(kuò)大了宜居帶的范圍，更多行星可能進(jìn)入主恒星的宜居帶，宜居行星的數(shù)量由此被放大了數(shù)倍。氣體云的溫室效應(yīng)使得靠近主恒星的行星表面能夠保持充足的液態(tài)水。

西北大學(xué)的天體物理學(xué)家考恩組織一支了跨學(xué)科的科學(xué)團(tuán)隊(duì)，專門(mén)研究了氣體云的調(diào)節(jié)效應(yīng)和對(duì)宜居行星的影響。銀河系內(nèi)的大多數(shù)行星繞紅矮星的軌道轉(zhuǎn)動(dòng)，氣體云發(fā)揮了恒溫器的功能。不一定非得到遙遠(yuǎn)的太空搜尋宜居的行星，溫暖而舒適的宜居行星在銀河系的分布數(shù)量超乎想象?？茖W(xué)團(tuán)隊(duì)通過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算機(jī)模擬精確分析了氣體云的特性和影響，過(guò)去幾十年，科學(xué)家模擬和計(jì)算過(guò)位于宜居帶的系外行星，繞主恒星轉(zhuǎn)動(dòng)的行星可能保持了表面的水分，然而，過(guò)去的模擬和計(jì)算沒(méi)能考慮氣體云效應(yīng)，限定或縮小了宜居帶的范圍。

氣體云團(tuán)對(duì)地球氣候產(chǎn)生了重要影響，太陽(yáng)光被反射到地球上空，氣體云降低了地球表面的溫度。地表吸收和重新釋放了紅外線輻射熱量，氣體云提高了地球表面的溫度。氣體云團(tuán)不會(huì)僅有反射機(jī)制，否則，地球表面將是一個(gè)冰雪的世界。氣體云團(tuán)不會(huì)僅有吸收和重新釋放紅外線的機(jī)制，否則，地表水分在溫室效應(yīng)作用下將會(huì)干枯，好像在金星表面發(fā)生的情形。芝加哥大學(xué)的多里安·阿博特、楊軍和西北大學(xué)的尼古拉斯·考恩認(rèn)為，可以檢驗(yàn)系外行星的氣體云效應(yīng)，新一代的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡可能承擔(dān)這項(xiàng)使命。

科學(xué)團(tuán)隊(duì)首次使用了三維圖像技術(shù)，模擬和計(jì)算了行星的氣體云團(tuán)效應(yīng)?？茖W(xué)家過(guò)去使用了一維圖像技術(shù)，模擬了位于宜居帶的系外行星的特性，他們主要考慮了“垂直維度”或行星上空的溫度隨高度不同而發(fā)生的變化，過(guò)去的模擬和計(jì)算方式?jīng)]有加入氣體云對(duì)行星宜居帶的影響?？茖W(xué)團(tuán)隊(duì)使用的分析模型與氣象學(xué)家使用的地球氣候預(yù)報(bào)模型基本相同?？茖W(xué)團(tuán)隊(duì)在芝加哥大學(xué)構(gòu)建了由216臺(tái)計(jì)算機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用幾個(gè)月時(shí)間處理了模擬數(shù)據(jù)，《天體物理學(xué)通訊》發(fā)布了細(xì)節(jié)性的研究成果。

（編譯：2021-7-5）

https://weibo.com/u/6320497409