超级地球上的海洋能够维持多久?

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这幅艺术想象画描绘了一颗气态巨行星升起在某个外星水世界的地平线上方。一项新研究证明,超级地球上的海洋,一旦形成,便能够持续上百亿年。图片来源:David A. Aguilar (CfA)

我们所知的生命,如果想在其他行星上演化,那些行星上就必须有液态水,或者说海洋。地质学证据表明,地球上的海洋存在的历史,几乎与我们这颗星球的整个历史相当。但是,对于其他行星,特别是超级地球来说,情况是否如此呢?新的研究表明,答案是肯定的,超级地球上的海洋,一旦形成,就能够持续上百亿年。

这项研究的主要作者、美国哈佛-史密松天体物理中心(CfA)的劳拉·谢弗(Laura Schaefer)说:“在判断一颗行星是否处在宜居带时,人们会考虑它到恒星的距离和它的表面温度。然而,他们还应该考虑海洋,看看超级地球,寻找一个适合航海或者潜水的好地方。”

尽管地球表面有70%被水覆盖,但在地球的整个物质构成方面,水所占的比重其实非常低。地球主要由岩石和铁构成,水只占大约千分之一。研究合作者、同样来自CfA的迪米塔尔·萨塞罗夫(Dimitar Sasselov)解释说:“地球的海洋是一层极薄的薄膜,就像浴室镜子上的那层雾气。”

然而,地球上的水并非只存在于地表。多项研究已经证实,地球的地幔里储存着相当于几个海洋的水,它们是经由板块构造运动和海底板块的俯冲而被拖入地下的。如果没有这一过程,如果不是水又通过火山活动(主要发生在洋中脊)回到地表,地球上的海洋就会消失了。地球通过这种遍及整个行星的水循环来维持地表的海洋。

谢弗利用计算机模拟,想要看看超级地球上会不会发生这样的循环过程。所谓超级地球,是指质量最多为地球5倍,尺寸最多为地球1.5倍的行星。她还研究了这样一个问题:一颗行星冷却到地壳足以固化之后,需要多久海洋才会形成?

她发现,质量为地球2-4倍的行星,在形成和维持海洋方面,甚至比我们的地球更好。这些超级地球上的海洋能够持续至少100亿年(除非被演化到红巨星阶段的恒星蒸干)。

有趣的是,他们研究的最大行星,也就是5倍地球质量的行星,需要花一些时间才能拥有海洋。由于更厚的地壳和岩石圈推迟了火山爆发开始的时间,这类星球上的海洋要花大约10亿年才能够形成。

谢弗说:“我们的结果表明,如果想要寻找生命,就应该找找看更加古老的超级地球。”

萨塞罗夫同意这一观点,“在全球范围内出现产生生命的化学过程需要时间,生命改变行星的大气也需要时间。因此,生命要演化到能够被我们检测出来,需要花费不少时间。”

这一研究还指出,假设生命的演化速率与地球上类似,我们就应该去年龄大约为55亿年的超级地球上寻找复杂的生命,要比我们的地球古老大约10亿年。

在1月5日召开的美国天文学会会议上,谢弗介绍了她的这一新发现。(编辑:Steed

编译来源

哈佛-史密松天体物理中心官网,Super-Earths Have Long-Lasting Oceans

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