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海洋熱量輸送能夠改變宜居行星氣候

2013年12月30日，美國(guó)科學(xué)院院刊發(fā)表了北大物理學(xué)院大氣與海洋科學(xué)系教授胡永云與其研究生楊軍博士關(guān)于太陽(yáng)系外行星適宜生命存在的研究成果。

這篇題目為“The role of ocean heat transport in climates of tidally locked exoplanets around M-dwarf Stars”（海洋在決定紅矮星附近宜居行星氣候狀態(tài)中的作用）的論文中，作者指出，海洋熱量輸送將能夠有效地改變圍繞紅矮星恒星運(yùn)行的宜居行星的氣候環(huán)境，并能夠極大地改變太陽(yáng)系外行星適宜生命存在的空間模態(tài)。

“之前沒(méi)有人考慮過(guò)海洋及其海洋熱量輸送對(duì)宜居行星氣候的影響，我們是第一個(gè)研究這一問(wèn)題的。”胡永云在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示，海洋作為一種流體，其流動(dòng)帶來(lái)的熱量輸送對(duì)氣候環(huán)境的影響非常重要。

目前一般認(rèn)為，行星的質(zhì)量越大其含水量也越多，而且由于質(zhì)量較大的行星重力作用也大，其表面山峰較低，所以這類(lèi)行星的表面很可能被海洋覆蓋，沒(méi)有陸地或僅有一些小島。胡永云的研究結(jié)果顯示，在“一片汪洋”的行星上，不僅海洋熱量輸送會(huì)影響行星氣候，海洋運(yùn)動(dòng)還帶來(lái)海冰的運(yùn)動(dòng)，他認(rèn)為，海冰對(duì)恒星輻射的反照率較高，能夠有效地改變行星接收恒星的輻射能量，從而改變行星的宜居性和氣候環(huán)境。

這項(xiàng)研究的目標(biāo)選中的是紅矮星附近的宜居行星，這類(lèi)行星距離紅矮星較近，由于強(qiáng)烈的引力所用，行星很可能是潮汐鎖相的，也就是行星的一面永遠(yuǎn)面對(duì)恒星，而另一面永遠(yuǎn)背對(duì)恒星。胡永云表示，對(duì)于潮汐鎖相行星來(lái)說(shuō)，我們關(guān)心的熱量輸送主要是自朝陽(yáng)面向背陽(yáng)面的。他指出，在溫室氣體的作用下，這種熱量輸送的作用會(huì)更明顯，從而改變背陽(yáng)面的宜居條件。

關(guān)鍵詞解析

宜居行星：宇宙中的超級(jí)地球

宜居行星，顧名思義是指適宜類(lèi)地球生命存在的行星。這類(lèi)行星不能太大也不能太小，其質(zhì)量需大于地球質(zhì)量的五分之一，但小于地球質(zhì)量的10倍。胡永云解釋?zhuān)|(zhì)量太小，不足于吸引氣體分子，沒(méi)有大氣層；質(zhì)量太大的話，一般是類(lèi)似海王星、木星等的氣態(tài)星球，也不適宜生命存在。

對(duì)于宜居行星的另一個(gè)條件限制是表面溫

度，這里也有一個(gè)區(qū)間，大于0攝氏度小于70攝氏度。胡永云說(shuō)，表面溫度小于0攝氏度，行星會(huì)完全結(jié)冰，沒(méi)有液態(tài)水，例如太陽(yáng)系的火星；大于70攝氏度，行星進(jìn)入溫室逃逸狀態(tài)，液態(tài)水完全蒸發(fā)進(jìn)入大氣層并被光解，使氫原子逃逸到太空，例如太陽(yáng)系的金星。這兩種狀態(tài)都不適宜生命存在，所以宜居行星的表面溫度要處在0攝氏度到70攝氏度這個(gè)區(qū)間中。上圖所示的藍(lán)色帶狀區(qū)域大致是由這一溫度范圍確定的。

目前所發(fā)現(xiàn)的12顆可能的宜居行星大致滿足這兩個(gè)條件。胡永云介紹，但估計(jì)其質(zhì)量都比地球質(zhì)量大，所以被稱(chēng)為超級(jí)地球。由于目前的天文觀測(cè)技術(shù)無(wú)法很好地確定行星的質(zhì)量，也無(wú)法確定其大氣成分，是否有海洋存在，因此，我們還無(wú)法完全確認(rèn)它們是否是宜居的。