十年时间寻找4000颗系外行星的旅程追

在过去的十年里，人类所探索的已知系外行星的数量已经接近颗，而一旦下一代望远镜投入使用，预计还会发现更多的系外行星，美国宇航局和其他航天机构对太阳系外行星研究领域寄予厚望。由于有如此多的系外行星需要研究，研究目标已经慢慢地从发现的过程转向了分析，进而追逐外星的生命适居带！

不幸的是，科学家们仍然被这样一个事实所困扰：我们所认为的“宜居带”受制于许多局限。

长期以来系外行星研究的首要任务之一是寻找可能存在外星生命的行星。在这方面，科学家根据行星是否在其恒星的宜居带(HZ)内运行，将其指定为“潜在宜居”行星(因此值得进行后续观察)。出于这个原因，明智的做法是看看定义HZ需要什么。

然而系外行星宜居性的一个主要问题是假设的条件。为了将其分解，大多数HZs的定义都假定表面存在水，因为这是目前已知的唯一一种宿主生命的必备成分。同样的定义假定生命需要一颗岩石行星，它的构造活动围绕着一颗明亮而温暖的恒星运行。

恒星周围的“适居带”是指一颗行星位于既不太热也不太冷，支持液态水的区域带。然而，最近的研究对这些假设提出了质疑。这些研究表明，大气中的氧气并不意味着生命的存在——尤其是如果氧气是化学分解的结果，而不是光合作用的结果。其他研究表明，在行星演化的早期，氧气的存在可能阻止基本生命形式的出现。

此外，最近有研究表明，板块构造可能不是生命出现的必要条件，所谓的“水世界”可能无法支持生命，就像生命可能在其他天体的甲烷或氨的海洋中进化。如土星的卫星泰坦，它拥有丰富的前生物条件和有机化学环境——一些科学家认为这可能支持奇异的生命形式。最后，科学家们寻找已知的生物标志物，比如水和二氧化碳，因为它们与地球上的生命有关，而地球是唯一已知的有生命存在的星球。

因此经典的宜居带定义是有缺陷的，因为它的构建主要基于以地球为中心的气候学论点，这些论点可能适用于也可能不适用于其他潜在的宜居行星。例如，它假设在宜居带外边缘附近的潜在宜居行星上可以支持二氧化碳大气。然而，如此高的二氧化碳水平对地球上的动植物是有毒的，因此，如果不能更好地理解生命的极限，我们就不知道这个假设有多合理。

幸运的是，由于下一代望远镜的部署，这些定义将有机会进行测试。科学家们不仅能够测试HZs所基于的一些长期存在的假设，而且能够比较不同的解释。拉米雷斯博士说，一个很好的例子是，二氧化碳气体的浓度取决于行星与恒星的距离：

“下一代望远镜可以通过寻找大气中二氧化碳压力的预测增加来测试宜居带。宜居行星离恒星的距离越远，大气中的二氧化碳压力就越高。”这也将检验碳酸盐-硅酸盐循环是否是一个普遍的过程。许多人认为，在地球历史的大部分时间里，碳酸盐-硅酸盐循环使地球适宜居住。”

一项新的研究表明，在行星方面，大多数可居住的行星可能拥有大于90%的海洋。在这一过程中，硅酸盐岩通过风化和侵蚀转化为碳酸盐，而碳酸盐通过火山和地质活动转化为硅酸盐岩。这种循环通过保持二氧化碳浓度随时间的一致性来确保地球大气的长期稳定。它还说明了我们所知道的水和板块构造对生命是多么重要。

然而，这种循环只存在于有陆地的行星上，有效地排除了“水世界”。这些系外行星——可能在m型(红矮星)恒星周围很常见——被认为有高达50%的水。由于它们表面有这么多的水，“水世界”很可能在它们的核心-地幔边界处有密集的冰层，从而阻止了水热活动。

但正如已经指出的，有一些研究表明这些行星可能仍然适合居住。虽然大量的水会阻止岩石吸收二氧化碳，抑制火山活动，但模拟显示，这些行星仍然可以在大气和海洋之间循环碳，从而保持气候稳定。

如果这些类型的海洋世界存在，科学家可以通过它们较低的行星密度和高压大气来探测它们。此外还有各种温室气体的问题，它们并不总是行星大气变暖的迹象，这取决于恒星的类型。

而且科学家发现尽管甲烷使我们的星球变暖，但我们发现甲烷实际上会使环绕红矮星的宜居带行星表面变冷，如果是这样的话，这些行星上的大气甲烷含量高可能意味着冰冻条件可能不适合生命生存。我们将能够在行星光谱中观察到这一点。

说到红矮星，围绕围绕这些恒星运行的行星是否有能力维持大气层的争论愈演愈烈。在过去的几年里，已经有许多发现表明，岩石构成的、潮汐锁定的行星在红矮星周围很常见，它们在各自的恒星HZs内运行。

然而，随后的研究加强了这一理论，即红矮星的不稳定性可能会导致太阳耀斑，使围绕它们旋转的行星脱离大气层。最后，科学家提出了这样一种可能性，即可以发现适合居住的行星围绕着一个还被认为不太可能存在的星体运行。

而且根据最新的研究，类地系外行星需要在水和陆地之间保持平衡。最终，像这样质疑“宜居带”定义的研究，将在下一代任务开始科学行动时派上用场。凭借更高的分辨率和更灵敏的仪器，他们将能够测试和验证许多科学家的预测。

这些测试还将证实，是否存在生命只有在我们已知的情况下才存在，或者超出我们认为的“类地”参数。

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