设为首页|收藏本站|
发帖
登录 注册
西兔生活网 › 华人生活 › 都市圈 › 如何在遥远的系外行星上寻找生命？科学家新方法：寻找水 ...
回复 发帖
返回列表 发新帖
开启左侧

[探索] 如何在遥远的系外行星上寻找生命？科学家新方法：寻找水循环痕迹

[复制链接]
73900 0
我不是驴 发表于 2020-6-1 11:46:29 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 

尽管科学家提出地外生命可能未必是碳基生物，但这些生物对于水的需求却很可能和我们一样的。所以科学家提出，寻找地外生命就要寻找水，而在系外行星上寻找水，或许可以探测其表面的水循环过程。

如何在遥远的系外行星上寻找生命？科学家新方法：寻找水循环痕迹 第1张图片

水！还是水！

截至目前，我们已经发现了超过4000颗系外行星。但是，没有人知道这些行星上是否有生命存在。这是因为它们都太过于遥远，观测难度极大。但是，科学家总是擅长将不可能变为可能，在寻找地外生命方面也不例外。

诚然，我们不可能发射探测器去实地观察有没有生命存在的迹象。不过，科学家们相信：只要生命存在，就有可能留下痕迹，虽然生物比较小，但是这些痕迹可能会比较容易观测，所以我们如果能检测到这些生命带来的痕迹也是一种方法。

如何在遥远的系外行星上寻找生命？科学家新方法：寻找水循环痕迹 第2张图片

（图片说明：系外行星假想图）

我们知道，虽然科学家已经意识到地外生命可能并非像我们一样是碳基生物，但不论如何，它们的出现也不太可能离得开水。因此，寻找生命的重要方法之一，就是找到行星上的水资源。最近，芝加哥大学的科学家提出：我们可以检测行星表面是否有水循环的痕迹，这会对我们寻找地外生命有重要帮助。因为，如果一颗行星有水循环，那么它绝不仅仅是只有一点水，而是有一个巨大的水系统，比如海洋。

当然，这样的理论并不稀奇，谁都知道有水的天体更有可能孕育生命。不过，这次研究的重点比这个要更细致，他们关注的是一种对生命至关重要的循环模式。
上升流


如何在遥远的系外行星上寻找生命？科学家新方法：寻找水循环痕迹 第3张图片


这些科学家指出：我们需要检测的，主要是大洋环流（ocean circulation）。我们知道，大洋环流对于地球气候的调节至关重要，也增加了地球的宜居性。更具体地说，他们关注的，是上升流（upwelling currents）的检测。因为一般来说，上升流可以创造出一片营养丰富、温度适宜的区域，因此更有希望孕育生命。

"如果你观察一下我们海洋中的生命，会发现有上升流的区域有着绝对密集的生物。"地球物理学家Stephanie Olson指出。他和他的同事们已经将相关的研究撰写为论文，发表在了《天体物理学杂志》上，他是主要作者。

如何在遥远的系外行星上寻找生命？科学家新方法：寻找水循环痕迹 第4张图片

（图片说明：墨西哥湾流）

他们在文中指出：我们对于系外行星的研究还处于一个初级阶段。虽然我们的观测设备越来越强大，已经可以对系外行星的各种光谱、大气成分进行检测，但还缺乏一个可靠的模型，这些模型要探测比气候还要深入的内容。所以，他们才提出了这个可以“探索海洋动力学及其构建的与地球不同的生存环境”模型。

“这项研究开启了大洋环流对于营养物质循环、孕育生命能力以及系外行星生物可探测性的评估。”这项研究的共同作者Dorian Abbott说。
上升流对生命的意义

我们知道，地球生物普遍都生活在地表。当这些生物死亡后，尸体会归于土壤或者海底，经过降解后变回营养物质。但是，如果没有一种机制将这些营养物质重新带回地表，那么地面很快就会变得贫瘠而死寂，上升流就是这个关键的机制。而这个机制，是此前科学家们寻找地外生命从来没有考虑过的。

如何在遥远的系外行星上寻找生命？科学家新方法：寻找水循环痕迹 第5张图片

（图片说明：红色标记的都是上升流，它们可以将深处的营养物质带回地表）

接下来的问题在于：就算我们找到了上升流的重要性，那么到底要如何实施呢？显然，隔着几十甚至几百光年的距离，探测到这些现象并不容易。那么，我们该如何探测系外行星拥有怎样的上升流呢？

就像我们通过大气成分推测地外生命能否存在概率一样，上升流也会受到行星一些属性的影响，如果我们发现某颗行星拥有合适的属性，那么就可以推测它拥有着可能孕育生命的上升流。“因此，我们有必要了解一下行星某些敏感参数的变化对大洋循环模式的影响。”他们指出。

Olson等人的结论是：“我们发现，自转速度比地球慢，表面压力比地球高，海洋盐度比地球高的行星可能会有更强烈的上升流。这些因素可能会给行星带来更多活跃的光合作用生物，当然，这也就意味着可以检测到的光合作用生物也更多一些。”

如何在遥远的系外行星上寻找生命？科学家新方法：寻找水循环痕迹 第6张图片

（图片说明：系外行星TOI 700d的艺术假想图，这颗行星位于宜居带，并且尺寸和地球非常接近）
更好的“地球”？

他们甚至还作出了更深的思考：“地球真的适合生命存在吗？”

这个说法有点离奇，其准确意思是：“宇宙中是否有天体比地球更适合生命存在呢？”我们感受到了地球生态系统的复杂和完善，但这个标准是否可靠就不一定了，我们根本没有可以作对比的对象，因此地球是生物摇篮的说法有了更多主观性的意味。也许地球出现生命只是机缘巧合，而宇宙中存在着一些天体，孕育生命的概率远远超过了地球呢！

如何在遥远的系外行星上寻找生命？科学家新方法：寻找水循环痕迹 第7张图片

（图片说明：研究人员在整体环流模型中的基本设置，都是以地球为标准）

为此，科研人员建立了一个整体环流模型（general circulation model，GCM），来衡量全球的上升流以及其他生物地球化学量对一颗行星其他方面的影响。在考虑了热动力海冰模式和多辐射模式之后，他们甚至模拟了有40个大气垂直分层和10个海洋垂直分层的模型。

首先，他们将行星设定为和地球一样的基本设置，如直径、质量、表面大气压、恒星辐射量等等。然后通过对不同基本数据的调整，他们检测了这些数据对于环流的影响。

如何在遥远的系外行星上寻找生命？科学家新方法：寻找水循环痕迹 第8张图片

（图片说明：研究团队对不同数据的调整以测试行星的环流）

通过一系列的单一变量法，他们得出了以下结论：
    自转速度对上升流的影响：

如果行星的自转变慢，上升流就会增加。不过，这样的影响也有一个极限，当自转周期延长到240小时的时候，模拟行星反而出现了向下的环流。

如何在遥远的系外行星上寻找生命？科学家新方法：寻找水循环痕迹 第9张图片

（图片说明：左侧为自转周期为48小时的模拟地球，右侧为240小时，可以看出上升流的明显增加）
    大气压力对上升流的影响：

而且，上升流的范围还和大气压力有关。当模拟行星的表面大气压升高时，上升流也随之增加，研究人员认为，这与大气压升高导致风的影响更加重要有关。

如何在遥远的系外行星上寻找生命？科学家新方法：寻找水循环痕迹 第10张图片

（图片说明：大气压对上升流的影响）
    行星半径对上升流的影响：

研究人员进一步对行星的半径进行了调整。这个调整比较复杂，因为行星半径的改变会带来一系列的数据变化，如质量、表面重力和大气压力等。他们发现，从全球范围内来看：随着行星半径的增加，上升流也更多。

但另一方面，研究人员又发现了其中有一点非常值得注意：由于行星体积增大，上升流数量增加本来就是理所当然的。如果按照单位表面积的上升流数量来计算的话就会发现：这个数据并没有随着行星半径的改变而改变。这就好像有两个牧场，其中一个牧场比另一个大一倍，饲养的牛也多一倍，但实际上两个牧场的草料和环境是一样的，只是面积不同而已。

如何在遥远的系外行星上寻找生命？科学家新方法：寻找水循环痕迹 第11张图片

（图片说明：行星半径对上升流的影响）
    恒星光照对上升流的影响：

除此之外，恒星对于行星的光照也可以影响上升流的数量。在一定程度上，恒星光照的减少可以引起上升流的增加。当海冰增加约100%后，上升流将转而减少。

如何在遥远的系外行星上寻找生命？科学家新方法：寻找水循环痕迹 第12张图片

（图片说明：恒星光照对上升流的影响）
    其他：

此外，行星的倾角和海水的含盐量，也对上升流有不同程度的影响。

总之，对于科学家来说，这些参数都对上升流有所影响。而根据本次的研究，上升流对于生命有着至关重要的作用。因此，这些参数或许未来都有助于科学家寻找地外生命。如果我们想找到比地球更适合孕育生命的世界，或许就是一颗自转速度更慢、大气压力更高、光照略少一点的行星。
总结


如何在遥远的系外行星上寻找生命？科学家新方法：寻找水循环痕迹 第13张图片


目前来说，本次研究还是基于“大洋循环对孕育生命有巨大促进作用”的假设。虽然他们对于行星的数据模拟都没有过于离谱，但是生命的出现有着非常复杂的机制，不止受到上升流的影响。其次，影响上升流的因素也非常多，研究人员也还没有完全模拟出来。

不过，毕竟地球的生命是从海洋中孕育的，我们也不能忽略这次研究的重要性。就像他们所说的，我们可以不断提高望远镜的观测能力，但是最重要的是知道自己该观测什么。有了这一次研究或者其他类似的研究作指导，我们也会更有方向，相信很快就会在茫茫宇宙中，找到比地球更适合生存的世界。


下一篇：客服工作人员 Part-time type
标签：循环过程地外生命没有人科学家在寻找
@
免
责
声
明
1.西兔生活网 CTLIVES 内容全部来自网络;
2.版权归原网站或原作者所有;
3.内容与本站立场无关;
4.若涉及侵权或有疑义，请点击“举报”按钮，其他联系方式或无法及时处理。
举报

关联主题
回复

使用道具 举报

 
返回列表
高级模式
B Color Image Link Quote Code Smilies
您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

我不是驴白金会员

0关注

6粉丝

433帖子

热门图文
热门帖子
排行榜
  • 日
  • 周
  • 月
活跃网友
返回顶部快速回复上一主题下一主题返回列表APP下载手机访问
Copyright © 2016-2028 CTLIVES.COM All Rights Reserved.  西兔生活网  小黑屋| GMT+8, 2024-6-7 17:34