科学家银河系复杂生命的适合居住区域可能比

自从开普勒太空望远镜被发射到太空以来，我们太阳系以外的已知行星数量呈指数级增长。目前，个恒星系统中已有颗行星被确认，颗正在等待确认。其中，大约有50个轨道位于其恒星周围的可居住区域内，这些区域又称为“宜居带”，是指行星表面液态水存在的距离。

然而，最近的研究指出，我们认为的宜居带区域可能过于乐观。根据最近在网上发表的一项名为“复杂生命的有限可居住区域”的新研究，可居住区域可能比最初设想的要窄得多。这些发现可能会对科学家认为“可能适合居住”的行星数量产生重大影响。

该研究由加州大学河滨分校NASA博士后项目研究员爱德华·W·施维特曼领导，研究人员来自“替代地球”小组、系外行星系统科学联系小组和美国宇航局戈达德太空研究所。

根据之前基于开普勒数据的估计，科学家们得出结论，银河系中可能有亿个类似地球的行星，其中亿个行星的轨道可能与我们的太阳恒星类似(即G型黄色矮星)。其他研究表明，这个数字可能高达亿甚至亿，这取决于我们用来定义宜居带的参数。

这些结果无疑是令人鼓舞的，因为它们表明银河系可能充满生命。不幸的是，最近对太阳系外行星的研究使得科学家对这些先前的估计提出了质疑，特别是在M型红矮星周围的潮汐锁定行星的情况下。

此外，对地球上生命进化过程的研究表明，水本身并不能保证生命的存在，同样，氧气的存在也不能保证生命的存在。除此之外，施维特曼和他的同事们还考虑了另外两种对生命至关重要的生物特征——二氧化碳和一氧化碳。

这些化合物过多会对复杂生命产生毒害，而过少则意味着早期原核生物不会出现。如果地球上的生命是某种迹象的话，那么如果要进化出更复杂、耗氧的生命形式，基本的生命形式是必不可少的。出于这个原因，施韦特曼和他的同事们试图修正适居带的定义，以考虑到这一点。

公平地说，计算宜居带的范围从来都不是件容易的事。除了它们与恒星的距离外，行星表面的温度还取决于大气中的各种反馈机制，比如温室效应。更重要的是，传统的宜居带定义假定存在“类似地球”的条件。

这意味着大气中含有丰富的氮、氧、二氧化碳和水，并由地球上存在的相同的碳酸盐-硅酸盐地球化学循环过程来稳定。在这一过程中，沉积和风化作用使硅酸盐岩变成碳质，而地质活动又使碳酸盐岩石变成硅酸盐岩石。

这就形成了一个反馈回路，确保大气中的二氧化碳水平保持相对稳定，从而允许地表温度上升。行星离宜居带的内边缘越近，发生这种情况所需的二氧化碳就越少。正如施维特曼在《麻省理工技术评论》最近的一篇文章中所解释的：“但是对于宜居带的中部和外部区域，大气中的二氧化碳浓度需要高得多，以保持有利于表面液态水的温度。”

为了说明这一点，研究小组以开普勒-62f为例，它是一颗超级地球，围绕着距离地球约光年的K型恒星运行。这颗行星绕其恒星运行的距离与金星绕太阳运行的距离差不多，但由于K恒星的质量较低，所以该行星位于宜居带的外围。

开普勒-62f在年被发现时，人们认为如果该行星存在足够的温室效应，那么这颗行星是外星生命的一个很好的候选者。然而，施维特曼和他的同事们计算出，在复杂的生命形态发展之初（大约18.5亿年前），二氧化碳含量将比地球上存在的二氧化碳多倍。

然而，这么多的二氧化碳对地球上大多数复杂的生命形式来说都是有毒害的。因此，开普勒-62f并不适合生命存在，即使它足够温暖，有液态水。一旦他们把这些生理上的限制因素考虑进去，施维特曼和他的团队得出结论，复杂生命的可居住区域一定要窄得多，也就是只有之前估计的四分之一。

施维特曼和他的同事还计算出一些系外行星可能含有更高浓度的一氧化碳，因为它们围绕着冷却的恒星运行。这对红矮星的宜居带构成了很大的限制，红矮星恰好占宇宙恒星的75%，而且被认为是最可能发现与地球类似的行星的地方。

这些发现可能会对科学家们认为的“潜在宜居区”产生重大影响，更不用说恒星的宜居带的边界了。施维特曼解释说：“其中一个暗示是，我们可能不希望在M型红矮星周围的行星上，或者在靠近宜居带外边缘的潜在宜居行星上，找到智慧生命的迹象。”

更为复杂的是，这项研究是对最近可能被认为适合居住的行星施加额外限制的几项研究之一。仅在年，就有研究表明，红矮星系统可能没有生命形成所需的原材料，而且红矮星可能无法提供足够的光子进行光合作用。

所有这些都表明，我们银河系的生命可能比我们之前认为的要稀少。当然，要确切地知道什么是可居住性的极限还需要更多的研究。幸运的是，我们不用等太久就能找到答案，因为几台下一代望远镜将在未来十年投入使用，其中包括詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)、极大望远镜(ELT)和巨型麦哲伦望远镜(GMT)。这些和其他先进的仪器有望对系外行星进行更详细的研究，这样我们就能更好地了解外星生命存在的可能性。

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