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空气中的尘埃,对系外行星能否支持生命,有重大影响吗?

研究人员认为,空气中有大量尘埃的行星(类似于经典科幻沙丘中描绘的世界)可能在距离母星更远的范围内宜居,因此增加了能够维持生命的行星窗口。

科学家们通过包括一个关键的气候成分,即空气中尘埃的存在,扩大了对围绕遥远恒星运行的潜在宜居行星的理解。研究人员认为,空气中有大量尘埃的行星(类似于经典科幻沙丘中描绘的世界)可能在距离母星更远的范围内宜居,因此增加了能够维持生命的行星窗口。来自埃克塞特大学、气象局和东英吉利大学(UEA)研究小组分离出了尘埃的三个主要影响。

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靠近比太阳更小、更冷恒星运行的行星,即所谓的M-矮星,很可能以同步旋转轨道状态存在,导致永久的白天和黑夜(就像月球一样)。研究人员发现,尘埃使较热的白天降温,但也使夜间变暖,有效地扩大了行星的“宜居区”,即距离恒星的距离,那里可能存在地表水。对于这些类型的行星世界来说,探测和描述潜在宜居的遥远行星目前是最有效的,其研究发表在《自然通讯》期刊上。

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研究结果还表明,对于一般的行星来说,空气中尘埃的降温可能会在这一宜居地带的内缘发挥重要作用,那里变得如此炎热,以至于行星可能会失去地表水,变得适合居住。随着行星水分的流失和海洋萎缩,大气中的灰尘数量可能会增加,从而使行星降温。这个过程就是所谓的气候负反馈,延缓了水分流失。至关重要的是,这项研究还表明,在寻找指示生命的关键生物标志物(如甲烷的存在)时,必须考虑到尘埃的存在。

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因为尘埃可能会掩盖天文学家观察到的特征,这些结果意味着系外行星在搜索适宜居住的遥远星球时,必须非常仔细地考虑,然后才可能被拒绝。研究的主要作者、英国气象局和埃克塞特大学的联合作者伊恩·布特尔博士说:在地球和火星上,沙尘暴对地表既有降温效应,也有变暖效应,降温效应通常占上风。但这些‘同步轨道’行星非常不同。在这里,这些行星的黑暗面永远处于黑夜,变暖效应占上风,而在白天,降温效应占上风。

尘埃的重大影响

其效果是缓和极端温度,从而使地球更宜居。众所周知,矿物尘埃的存在在气候中扮演着重要角色,无论是在地球上发现的区域,还是在全球范围内都是如此,就像在火星上所经历的那样。研究小组使用最先进的气候模型对类地或地球大小的系外行星进行了一系列模拟,并首次表明,自然产生的矿物尘埃,将对系外行星是否能够支持生命产生重大影响。

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研究再次表明,系外行星支持生命的可能性,不仅取决于恒星的辐照度(也就是来自恒星的光能)还取决于行星的大气组成。空气中的尘埃可能会使行星保持宜居状态,但也会遮蔽在这些行星上发现生命迹象的能力,这些影响需要在未来的研究中加以考虑。寻找太阳系外的宜居行星,是当前和未来太空任务不可或缺的一部分,许多任务的重点是回答地球生命是否孤独的问题。

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