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2023-01-31
【地理拓展】為什么小王子的那顆星球，是不適宜居住的？地球上空的人造衛(wèi)星究竟能多到什么地步？
更新時(shí)間：2022-09-27 10:33:06作者：智慧百科
在圣埃克蘇佩里的經(jīng)典中篇小說《小王子》中，小王子居住在一顆只有房子大小的微小行星之上。在這顆小小星球上，他在一天中的任何時(shí)候，只要稍微的移動(dòng)椅子就能看見日落。
當(dāng)然，在現(xiàn)實(shí)生活中，如此小的天體是無法支撐生命的，因?yàn)樗鼈儧]有足夠的引力來維持大氣層。但單從宜居性的角度來看，多小才算是太小了呢？
小王子的故鄉(xiāng) / Wikimedia commons
在一篇新論文中，哈佛大學(xué)的研究人員描述了一種可以長時(shí)間維持表面液態(tài)水存在的新的、更小的行星尺寸限制，從而擴(kuò)大了引力低微的小型行星的宜居帶范圍。這項(xiàng)研究擴(kuò)大了在宇宙中搜索生命的范圍，并揭示了小型行星上重要的大氣演化過程。
論文的第一作者Constantin Arnscheidt說：“當(dāng)人們?cè)诳紤]宜居帶的內(nèi)外邊緣時(shí)，他們傾向于只從空間上考慮，也就是這顆行星離恒星有多近。但實(shí)際上，影響宜居性的還有很多其他變量，例如質(zhì)量。而以行星的大小來為宜居性設(shè)定一個(gè)更低的界限，可以為正在進(jìn)行的尋找宜居的系外行星和系外衛(wèi)星工作帶來重要的限制?！?/p>
一般來說，如果一個(gè)行星表面上的液態(tài)水能夠維持足夠長的時(shí)間（保守地說大約10億年），從而使生命得以進(jìn)化，那么這顆行星就可以被認(rèn)為是宜居的。天文學(xué)家會(huì)在特定類型恒星的特定距離范圍內(nèi)尋找這些宜居行星，這種特定類型的恒星比我們的太陽更小、更冷、質(zhì)量更低，它們所擁有的宜居帶比那些更大、更熱的恒星更近。
一顆恒星的宜居帶的內(nèi)緣是由一顆行星可以離這顆恒星的最近距離決定的，在這個(gè)距離上，這顆行星上的地表水不會(huì)因?yàn)闇厥倚?yīng)而全部蒸發(fā)。但是，正如Arnscheidt等人所示的那樣，這個(gè)定義并不適用于小的、低引力的行星。當(dāng)一顆行星的大氣所吸收的熱量多于它可以輻射回太空的熱量時(shí)，就會(huì)阻止這顆行星降溫，從而導(dǎo)致失控的溫室效應(yīng)發(fā)生。最終導(dǎo)致無法阻擋的變暖，直到它的海洋也變成了大氣中的蒸汽。
然而，當(dāng)行星變小時(shí)，一些重要的事情發(fā)生了：隨著行星變暖，大氣層會(huì)向外膨脹，相對(duì)于行星的大小變得越來越大。這些大的大氣層增加了熱量的吸收與輻射，使星球能更好地維持在一個(gè)穩(wěn)定的溫度上。研究人員發(fā)現(xiàn)，大氣膨脹可以防止低引力行星出現(xiàn)失控的溫室效應(yīng)現(xiàn)象，使它們?cè)陔x恒星更近的軌道運(yùn)行時(shí)仍能維持星球表面的液態(tài)水。
然而當(dāng)行星太小時(shí)，它們就會(huì)完全失去大氣層，使得星球上的液態(tài)水要么凍結(jié)要么蒸發(fā)。研究人員發(fā)現(xiàn)對(duì)于行星來說，存在一個(gè)適合居住的臨界尺寸，小于這個(gè)臨界尺寸的行星就永遠(yuǎn)不可能宜居，這意味著宜居帶不僅在空間上存在邊界，而且在行星的大小上也存在邊界。
他們發(fā)現(xiàn)這個(gè)臨界大小約為地球質(zhì)量的2.7%。如果一個(gè)天體的質(zhì)量小于地球的2.7%，那么它的大氣層會(huì)在它還沒有機(jī)會(huì)形成表面液態(tài)水的時(shí)候就已經(jīng)失控了，就像現(xiàn)在太陽系中的彗星一樣。以這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)拿來看，月球的質(zhì)量為地球質(zhì)量的1.2%，水星為地球質(zhì)量的5.53%。
研究人員還能夠估算出繞某些特定恒星旋轉(zhuǎn)的小型行星的宜居帶。他們對(duì)兩種不同類型的恒星進(jìn)行了兩種場景建模：一種是G-型星，例如我們的太陽就是；另一種是M-型星，比如以獅子座的一顆紅矮星為模型。
除此之外，研究人員還解開了存在于我們太陽系中的另一個(gè)長期謎團(tuán)。一直以來，天文學(xué)家都想知道如果太陽輻射增加，木星的那些冰質(zhì)衛(wèi)星木衛(wèi)二（Europa）、木衛(wèi)三（Ganymede）和木衛(wèi)四（Callisto）是否適合居住。根據(jù)這項(xiàng)新的研究，我們確認(rèn)了這些衛(wèi)星都太小了，即使它們離太陽更近，也無法維持表面的液態(tài)水。
這項(xiàng)研究的資深作者Robin Wordsworth說：“在尋找生命的過程中，低質(zhì)量的水世界是一種令人向往的可能性。這篇論文表明，與類地行星相比，它們的行為可能會(huì)有多不同。一旦可以對(duì)這類天體進(jìn)行觀測，那么在這些天體上直接驗(yàn)證我們的預(yù)測將會(huì)是極度令人興奮的事?！?/p>
小編導(dǎo)讀
我們生活在這個(gè)藍(lán)色的星球上，從出生后的每一刻我們都在與他親密接觸，但其實(shí)你對(duì)這個(gè)可愛的藍(lán)色星球，真的了解甚少呢！
1. 首先來看看地球，看起來不錯(cuò)喲，地球～
2. 圖中圈圈里頭的人口，比其他地區(qū)的所有總和都還要多。
3. 以整個(gè)地球史來看，曾活過的人類高達(dá)1150億人，其中包括現(xiàn)存的70億人口，你也是其中的一員。
上圖每一個(gè)點(diǎn)就是1000萬人，每年有1.4億人誕生，現(xiàn)在有70億人口；每年有5700萬人死亡，估計(jì)曾有1080億人在地球生活過，然后死去。
4. 每一天，地球都有人飛來又飛去，就像下圖這樣：
5. 這是南極州，比美國還要大呢！
還有，非洲比你想像的還要大多了，看看一些國家塞進(jìn)來的樣子…
把美國、西班牙、比利時(shí)、荷蘭、法國、德國、義大利、瑞士、東歐、印度、中國的一部分、英國、日本…全都放進(jìn)去。
6. 如果地球沒有水的話，就會(huì)變成這樣…
7. 你知道太平洋其實(shí)比起想像的還要大嗎？
8. 這是馬里亞納海溝 (Mariana Trench) 的深度，難怪還有這么多人類尚未探索到的海底生物。
可以深到10972公尺…或更多。
9. 我們都知道有很多人造衛(wèi)星，但是你知道有這么多嗎？
10. 把美國放到月球的話，大小比例是這樣…
11. 地球到月球的距離貌似很短，但是已經(jīng)可以塞下太陽系的所有星球了。
有384,400公里那么遠(yuǎn)喔～
12. 若把火星上頭的奧林帕斯山 (Olympus Mons) 拿來跟地球的高山來比較的話…地球的好像就是小兒科啊…
奧林帕斯山有27公里高，幾乎是圣母峰的3倍高，也比毛納基火山 (從水底山腳計(jì)算) 的2倍還要高。奧林帕斯山已經(jīng)高聳進(jìn)火星的大氣層了。它的基底有550公里那么寬廣，意思也就是，如果你站在破火山口來看的話，它的山腳會(huì)一路綿延超過地平線。
13. 而這座巨型火山，大概也跟一個(gè)法國差不多大。
14. 木星的體積也不小，只是距離我們太遠(yuǎn)了。但如果木星距離我們就跟月球一樣近的話，我們會(huì)看到…
心臟根本就不夠用??！仰望天空時(shí)太驚悚了吧！譚老師地理工作室綜合整理
15. 左是木星衛(wèi)星「木衛(wèi)二」(Europa) 上頭的水量，右則是地球上的水量。
什么！地球的水比想像中的還要少這么多呀！
16. 每一天，都是木星讓隕石的軌跡遠(yuǎn)離地球的。
雖然不知道你聽不聽得到，但謝謝你，木星。(對(duì)天吶喊～)
17. 我們都知道宇宙里頭有許多彗星，但你可能對(duì)它們的大小沒有什么概念。好吧，如果拿洛杉磯 (LA) 跟彗星比較的話…
18. 我們的太陽系也是不斷地移動(dòng)，我們現(xiàn)在跟2.25億年前的地球是在同一個(gè)位置，當(dāng)時(shí)恐龍都還活著。
我們的太陽系會(huì)花上2.25億年繞行銀河系，上一次地球在同一個(gè)位置的時(shí)候，恐龍都還存在著。
19. 仰望天空，我們都覺得其他的星星很小，但若從土星的環(huán)后方來看的話，地球也相當(dāng)渺小。
20. 事實(shí)上，你眼睛所能看見、人類所知道的，其實(shí)都只有在這小小的圈圈里頭。
21. 而在銀河系當(dāng)中，所有人類向宇宙廣播可以觸及的范圍，就只有那藍(lán)色的小點(diǎn)點(diǎn)那么多。難怪我們一直都沒有找到其他高智能的生命…
22. 而這是我們每年在銀河系當(dāng)中所發(fā)現(xiàn)的星球數(shù)量：
23. 銀河系貌似很大，但我們?cè)賮肀容^一下…
(左到右) 銀河系、仙女座星系 (Andromeda)、室女A星系 (m87)、IC-1011星系。
24. 看完之后，你可能跟我一樣覺得自己相當(dāng)渺小，但別忘了，每天有上兆的細(xì)胞在你的體內(nèi)運(yùn)行著。以下是白血球正在攻擊寄生蟲的樣子：
25. 在細(xì)分一些，這些東西都是由分子組成的，而這是其中的一個(gè)：
最后也忘了，你體內(nèi)是有7,000,000,000,000,000,000,000,000,000 個(gè)原子的，這就是你！