行星如何才能擁有生命?數量剛剛好的撞擊可能關鍵
據國外媒體報導,由於我們尚未發現任何外星生命,目前還不確定一顆行星必須具備哪些要素、才能支持生命存在,但我們可以做出一些合理猜測:外星生命也許需要水、碳,足夠的光照和熱量、但又不能太熱;引力不能太大,還應該有大氣層。
NASA繪製的小行星撞擊行星的示意圖。
但一項最新研究提出了另一條要素:劇烈的小行星和彗星撞擊,且數量必須剛剛好。
當某個體積較大的天體撞上一顆星球時,會發生兩件事:一、該天體上的物質會被添加到行星質量中;二、撞擊區域周圍的部分大氣層會散逸到太空中。若撞擊足夠劇烈(如導致月球形成的那一次),甚至連行星另一端的大氣都會被剝去一部分。但一顆行星要想成為生命的家園,就必須經受一些撞擊的“洗禮”,這類行星最好屬於中等水平,即能吸引足夠多的大型撞擊,又不至於太多、以致於失去大氣層。
這是因為行星大氣中必須有一些“揮發性物質”、才有可能孕育出生命。揮發性物質是指能夠在低溫下沸騰的化學物質,如水和二氧化碳等,我們已知的一切生命都需要一定的水和碳才能存活,科學家認為,由於這些化學物質的特性,宇宙中任何地方要想出現生命,它們都必不可少。
但並非所有行星開始時都有足夠濃度的揮發性物質。恆星年輕的時候會比後期明亮得多,這些熱量足以將宜居帶中的所有浮塵都烤得焦幹,而這些飄浮的塵埃形成行星之後,就需要從別處獲得這些揮發性物質,換句話說,它們必須與一些體積較大、在宇宙中四處“遊蕩”的天體相撞才行。
研究人員發現,中等大小的天體最適合為行星提供揮發性物質、同時不至於剝除它們的大氣層。直徑介於20米到1公里之間的小行星與彗星可以為行星提供大量揮發性物質,且給行星增加的大氣比帶走的要多,體積超過這一範圍的天體則剛好相反,往往會使行星損失大量大氣。
有人可能會拿導致月球形成的那次巨大撞擊來質疑這種說法,但這種事件極為罕見,用不著擔心,而且,儘管這種撞擊可以改變大氣的成分,但並不會將行星大氣層徹底剝除。
這篇論文中最重要的結論是,體積較小的“M類”恆星(最常見的一類恆星,亮度較暗、無法通過肉眼觀察,其中許多是紅矮星)並不適合支持生命存在,這一結論具有重大意義,因為我們發現的許多可能宜居的系外行星都是圍繞這類恆星旋轉的。
由於M類恆星亮度較低,相比於太陽,其宜居帶必須離恆星更近,例如,圍繞M類恆星旋轉的類地行星可能要到達水星的位置、才能獲得足夠的光照,更糟糕的是,在這樣一顆體積和質量較小的恆星近旁,小行星和彗星的飛行速度會快得多,對行星的撞擊也會更猛烈,會造成行星大氣的大量流失。
這對M類世界的生命而言是個壞消息,但導致M類世界不宜居的原因還不止這一點,除了星際風和過於靠近母星之外,還有很多因素會導致位於M類矮星宜居帶中的行星無法擁有大氣層。
那麼,M類世界是否徹底無望了呢?也不一定。等詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發射之後,我們就可以通過實際觀測來解答這一問題了。我們知道,圍繞M類矮星旋轉的行星如果溫度稍微高一點、體積大一點,的確是擁有稠密的大氣層的,但這對宜居行星來說仍然是個問題:它們能否擁有地球這樣較為稀薄的大氣、而不是金星那樣無比稠密的大氣呢?
論文中強調,許多結論都是建立在不確定性基礎之上的:生命是在何處形成的?其它行星係與太陽系的相似度有多高?這篇論文的計算過程的確存在許多“複雜問題”,但它們呈現出的整體趨勢很有意思、並且很可能具有重要意義。地球最初的大氣層十分稠密、且富含氮氣,但在撞擊過程中損失了大部分,而論文作者也在他們的模型中提出,彗星和小行星撞擊也許影響了地球、火星和金星的大氣構成。
研究人員表示,未來他們還需進一步分析如何利用此次研究結論解釋太陽系的形成、尤其是劇烈天體撞擊在太陽系中起到的作用。(葉子)