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终结者区:我们能生活在可居住的外星世界上吗?答案很奇妙

 天文在线 2023-04-08 发布于云南

人类能在一个潮汐锁定的星球上生存吗?那里没有我们所知道的白天和黑夜?

月球永远被潮汐锁定于地球 NASA戈达德太空飞行中心

宇宙中充满了各种各样的太阳系外行星。他们中的一些独自在太空中徘徊游荡,在银河系的郊区,没有自己的太阳可以称之为“家”。其他的属于行星系统,它们是与我们自己的行星系统截然不同的行星系统。有些是围绕多颗恒星运行的,有些是在双星系统中的,有些根本不是行星,而是因为某些原因可能宜居的卫星。

围绕两颗恒星运行的行星,就像《星球大战》的塔图因。资料来源:NASA/JPL-Caltech

天文学家在认为行星可能“可居住”或“类地”之前,必须考虑的某些因素:分析行星的特征、恒星的特征以及当它穿越太阳时可能从行星收集到的任何其他信息。其中一些信息可以用来确定这颗行星是否位于理论上有可能有生命的金发地带,以及它是否从如此近的距离绕着它的恒星运行,以确定两者是否被潮汐锁定。

1潮汐锁定到底是什么?

你有没有注意到,无论多久,或者在白天或黑夜的什么时间,如果你抬头看月亮,你总是看到相同的特征?你可能会觉得这很奇怪,因为我们知道地球绕着太阳旋转,而月球反过来又绕着地球转,但这并不能完全描绘出一幅完整的画面。是的,月球绕地球旋转,地球绕它的轴旋转。然而,由于月球和地球仅相隔238,900英里(384,472公里),随着时间的推移,地球重力的拉力减缓了月球的旋转速度 - 当两个天体彼此靠近时,就会发生这种现象。

潜伏在地球朦胧大气层上方的月亮 来源:NASA/Flickr

较小的物体旋转时速度会减慢,直到两个物体同步,并且由于两个天体的引力相互作用,较小的物体在其轴上旋转的速度与它围绕另一个物体旋转的速度相同—换句话说,一天的长度(当行星在其轴心上完全旋转时)和一年(当行星或月亮绕太阳完全旋转时)是一样的。另一个词是同步旋转。

在足够长的时间里,这个过程可以继续下去,直到一颗行星和它的卫星(或一颗行星和它的太阳)被永久地潮汐锁定在一起,每个行星只显示一个面。在我们的太阳系中,冥王星和卡戎处于这个位置。事实上,在大约500亿年后,地球和月球也将被潮汐锁定,月球将停止在天空中移动,并一动不动地悬挂着,再半个地球上都能看到。

2超越我们的太阳系

当我们冒险越过太阳系时,也会看到潮汐锁定的现象,观察通常围绕比太阳更小、质量更小的恒星运行的系外行星。问题是,在这个循环中被捕获的行星或外星是双极的—一边总是温暖的,太阳永远不会落山,而另一边则非常寒冷,永远在夜晚。这意味着这些潮汐锁定的天体上存在极端的温度变化。

潮汐锁定的行星上的永久暮光 来源:NASA约翰逊航天中心图像科学与分析实验室

仅仅根据系外行星的发现,我们发现的许多可能支持生命存在的系外行星可能都被潮汐锁住了。原因是我们银河系中多达四分之三的太阳是红矮星,或“M矮星”。这些比我们的太阳更小更凉爽。一颗围绕M矮星运行的行星需要离它的恒星更近才能维持生命——就像水星离太阳一样近。在这个距离上,恒星的引力会把它拉到潮汐锁定的轨道上。

在认为行星"可居住"或"类似地球"时,这在某种程度上提出了一个问题,无论系外行星或系外卫星在与太阳的距离,大小,质量和化学成分方面与地球多么相似,潮汐锁定的行星都带来了很多挑战:它们只是与我们已经习惯的环境并不太相似。

3遇见终结者区

假设在一些潮汐锁定的行星上有一块土地可能更有利于生命:这就是所谓的"终结者区"。潮汐锁定的系外行星大多看起来是静态的,即使它们最终在轴上旋转并围绕其母星旋转,但是,由于它们的潮汐锁定性质,它们只是以这种方式出现在外人面前”.

这种性质的行星和卫星与地球的昼夜体验大不相同。地球上一半的地方非常炎热, 不适宜居住,而另一半则低于冰点,也不适合生命居住。例如,月球的阳光照射面为260华氏度(127摄氏度),而"月球的黑暗面"的温度达到零下280华氏度(-173摄氏度)。然而,这些行星中有一部分经历了永恒的黄昏。这是终结者区域,白天和黑夜之间的区域,处于一种永久的暮色中。在这一地区,温度和条件可能更有利于人类生活。

4太空眼球

如前所述,潮汐锁定是较大天体与较小天体之间引力相互作用的结果。较大的一个倾向于拉动"近"侧(或面向白天的一侧)比夜间(或远端)更强。结果,较小的潮汐锁定体往往略微变平,具有"潮汐凸起" - 这意味着较长的轴指向较大的行星。给定几十亿年,较大行星的引力会将潮汐隆起拉离中心,朝向较大行星的排列。不可避免地是,行星的拉力将导致较小的天体旋转减速,以匹配较大天体的轨道周期。

被困在潮汐锁定轨道上的岩石行星看起来会很不寻常。事实上,它们可能很像一个眼球。考虑到陆地将接收更多的光和辐射,面向恒星的一面可能会相当贫瘠。相反的半球可能会永远被冻结。在昼夜之间,是地球的一部分,"太阳"永远不会落下 - 它可能既不是非常热也不是很冷,但正好适合公认可能是非常奇怪的生命形式

一个类似眼球的潮汐锁定行星来源:博:联盟/稀有地球维基

天体生物学的一项研究认为,如果这些行星中的一颗具有与地球相似的大气层,则该行星可能能够将热量从面向恒星的一侧传递到夜间一侧,这将有可能防止液体或大气层被束缚在夜间的冰中。它可以使整个地球的温度足够稳定,保有更多的液态水,从而存在生命。

在这些星球上的终结者区定居的人类可能能够产生地热能,使用来自夜晚的冷水和来自白天的热水进行某种热反应。

潮汐锁定的行星轨道恒星的性质也是一个重要因素。由于这些行星必须非常接近地围绕它们的恒星运行,这颗行星及其大气层仍然受到太阳耀斑的摆布,这在红矮星中很常见,更不用说大量的辐射了。地球需要产生足够的大气层来建立一个保护屏障,防止太阳辐射的有害影响,否则人类定居者就没有机会了。然而,如果有了足够的大气层,云层覆盖和气流可以使终结者区适合居住,甚至可能更远的区域。

当然,生活在一个潮汐锁定的星球上将是一种不寻常的经历。想象一下,仰望天空,看到什么都没有改变。任何可能在这些行星上进化的智能生命形式都会与我们对宇宙的理解大不相同。即使是时间的流逝也会不同,因为他们可能缺乏昼夜的概念。然而,研究表明,为确定星球的可居住性,我们不应该把潮汐锁定的行星算在内。

BY: Jaime Trosper

FY: 多瑞果

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选文:天文志愿文章组-

翻译:天文志愿文章组-多瑞果

审核:天文志愿文章组-

终审:天文志愿文章组-零度星系

排版:天文志愿文章组-零度星系

美观:天文志愿文章组-

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自:https:///living-on-terminator-zones-of-tidally-locked-planets

本文由天文志愿文章组-多瑞果翻译自文章作者Jaime Trosper的作品,如有相关内容侵权,请在作品发布后联系作者删除。

注意:所有信息数据庞大,难免出现错误,还请各位读者海涵以及欢迎斧正。

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全文排版:天文在线(零度星系)

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