“氢大气层”扩展了系外宜居行星的范围

银河系和其它数以千亿的星系蕴藏了难以计数的系外行星，最近几十年，天文学家逐渐认识到系外行星极为广泛的分布，然而，难以确定系外行星对生命活动的支持，人们对系外生命行星可能性的回答多样而复杂，各种是是而非的争议持续不断。很多天体生命的研究人士认为，宜居性的系外行星有岩石态的表层结构，它们与主恒星保持了合适的有限距离，宜居行星的表面通常得到液态水的补偿。近些年来，天文学家陆续发现了类地的系外行星，其中的一些系外行星似乎形成了生命活动的条件。

《科学》杂志发表了一篇论述生命行星多样化条件的论文，内容新颖而独特，可以触发人们对生命条件多样性的思考，麻省理工学院的理论物理学家塞拉·西格尔提出了突破性的观点，阐释了宜居行星形成的条件。生命行星潜在的数量和种类比目前的理论预测更多，科学家通常按照生命活动的基本条件进行生命行星数量的预测，但宜居行星的数量可能比过去的基本预测更加普遍。西格尔是研究系外行星大气结构的专家，在前沿科学领域拟定了研究课题，他在《科学》杂志发表的论文揭示了生命行星的数量和类型。

液态水是生命行星或宜居行星存在的一个前提条件，此外，宜居行星通常覆盖了适量的大气层，如同地球大气层阻挡和吸收了太阳辐射的热量。行星大气层的类型和厚薄性的分布状态十分重要，这是因为行星大气层有对行星表面温度控制的功能，发挥了温室气体的调节效应。只要系外行星与主恒星的距离是地球到太阳距离的10倍，系外行星的大气层含有足够数量的氢气，即使系外行星不是处在主恒星周围的宜居带内，这些系外行星也可能存在液态水，生命可能在含有液态水的行星上诞生。

存在特殊的宜居行星，氢气有产生强烈温室效应的功能，“氢气大气层”比地球大气层的温室效应表现得更加剧烈，通过氢气大气层的温室效应能够保持系外行星的表面温度，即使行星与主恒星的距离相对较远，也可能得到足够的辐射热量。有些靠近主恒星或相对干燥的行星是潜在的宜居行星，这些行星只用少量水就会形成合适湿度的大气层，特定湿度的行星大气产生了良好的温室气体效应，行星表面获得了适宜的温度。比如：金星是一个干燥的行星，“烈火四射”的金星与太阳靠得太近，金星曾含有大量的水分，金星大气曾造成了高湿度的奇观。

水蒸气曾给金星带来了极大的温室气体效应，但金星周围的大气逃逸到了太空，早期干燥的金星最终失去了宜居性，很难设想金星可能重新演化成一颗十分宜居的邻居行星。有些自由飘移的“流浪行星”可能形成了生命活动的条件，漂流的孤独行星失去了主恒星的辐射热量，但它们可能得到其它的太空辐射和行星内核辐射的热量，流浪行星可能维持了表面的合适温度，流浪行星的大气层同样有温室效应的功能，只要遵循物理学和化学的基本规律，系外行星可能形成任何形态的生命，科学家将会重新定义宜居行星的概念。

探测生命的迹象，确定大气层的成份，判别生物标识性的气体，有些大气成分可以作为生命活动的标识，比如：地球大气层蕴含大量的氧气，作为生命标识的氧气能够很快实现和其它元素的合成，得不到持续补充的氧气会消耗殆尽。系外星行星的大气层含有不同的化合物，比如：臭氧和甲烷，这些气体和氧气一样成了地外生命的标识气体。宾西法利亚大学的詹姆斯·卡斯廷是一位研究系外行星的专家，他支持宜居行星多样化和复杂性的观点，卡斯廷和西格尔认为，未来的生命行星探索将关注某些挑战性的特征。NASA未能发射一颗对系外行星大气层进行观测和分析的太空望远镜，不是科学家的探测目标不够明确，而是由于计划的长期性和探索的挫折性影响了NASA的科学决策。

仰望灿烂的天空，科学家积极建议发射一颗“类地行星发现者”卫星（TPF），计划失败的主要原因不是时间的紧迫，而是50亿美元的高额费用。科学家期待设计一款寻找特别类型的系外行星的太空望远镜，太空望远镜（TPF）的研制主要还是发现通常意义的宜居行星，发现氢元素大气层的系外行星或特殊类型的行星不是计划的主要考量。科学家没有将TPF使命计划束之高阁，NASA批准了一项卫星发射计划，这项被称为“系外行星经过的卫星探索”（TESS）计划主要用于对系外行星的搜索。

TESS在2017年发射，该计划主要搜寻小型和冷却的M型恒星，预计搜索的恒星数量大约为50万颗，它们距离太阳相对较近，开普勒太空望远镜主要搜索遥远的系外行星，搜索范围包含了15万颗恒星，它们距离地球为数百万光年。TESS不会带来有价值的系外行星大气层的信息，科学家希望与詹姆斯·韦伯太空望远镜的发射计划开展合作，以获得行星大气的信息。西格尔在《科学》杂志论文的结尾写到，“尽管有各种障碍，然而，探索系外行星的特征无疑是理解行星宜居性的正确方法，通过大气特征可以发现系外行星世界的宜居性”。目前的生命探索未能发现地外生命的存在，未来的生命探索也不能百分之百地保证找到地外生命的迹象，然而，科学探索是带来更好结果和更正确答案的唯一方式。

（编译：2021-5-3）

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