想要移居外太空？教你怎么选落脚星球-凯发游戏

生命的存在需要哪些条件？

如何判断一颗星球是否宜居？

哪些星球有望成为太空移民的落脚点？

撰文 | 光酒

编辑 | 金庄维

“科学家又发现了宜居行星！”我们总是会为这样的消息感到兴奋。因为如此一来，我们就有希望成为太空移民，减少母星地球的负担。

那么，我们如何判断一颗星球是否宜居？在已知的星球中，哪些有望成为太空移民的落脚点？  

生命的存在需要什么

据我们目前所知，地球是唯一拥有生命的星球。以地球和地球生命为模板，生命的存在与发展需要基于下列条件。

• 水

“水是生命之源”，这句话不仅仅用于地球环境保护，也是判断生命能否存在的一大标准。地球生命以碳元素为基础，水不仅在地球生命体中大量存在，也承担着新陈代谢中的重要作用，是生命生存繁衍和进化发展的必要物质。

根据对地球生命特征和演化历程的分析，液态水成为判断生命存在的一项重要指标。一个有趣的例子是，百年之前，意大利天文学家斯基亚帕雷利（giovanni virginio schiaparelli）发现火星表面纵横的沟渠，这些沟渠被英文翻译误传为“运河”。正因如此，火星在地外生命搜寻头号种子的位置上盘踞良久。此外，卡西尼号探测器传回的数据表明，土卫二表面冰层下极有可能存在全球性海洋，并有水热活动。这让土卫二成为冉冉升起的“行业新星”。

火星（图源：nasa.gov）

• 空气

只有水是不够的。地球上的生命还得感谢浓密的大气层——不仅为我们遮挡了致命的宇宙辐射，也燃烧掉了许多可能威胁到生命的小型天外来客，让我们多了一个许愿的理由。空气中的氧气更是多细胞生物繁荣发展的大力推手之一。因此，是否能够拥有并维持住足够厚的大气层，也成为判断行星上是否可能存在生命的加分项目之一。

• 温度

适宜的温度不仅是液态水存在的必要条件，也能够为生命的起源与发展提供有利环境。虽说“十里不同天”并不是诗人的臆想，但过于激烈的温度变化和太大的温变范围将给生命带来巨大的挑战。就算彪悍如水熊虫，在极端温度下也得休眠保命优先。

• 稳定

地球随太阳系诞生于46亿年前，而目前发现地球上最早的生命活动痕迹出现在37.7亿到42.8亿年前。也就是说，从行星诞生到生命起源，大约需要5到10亿年的时间。因此，能够发展出生命的行星，应当能够拥有较长时间的稳定空间环境，其恒星能够持续稳定状态数十亿年，才能给生命足够的发展机会。

什么样的星球适宜生存

那么，什么样的行星（尤其是系外行星）能够满足这些条件，称得上是一颗“宜居”星球呢？在对行星进行考量之前，我们先得对它们所处的环境做一番筛查。

宜居行星位于相对孤立的恒星系。银河系中心的大型黑洞附近、超新星的伽马射线风暴下游，球状星团的恒星分布密集区域…… 这些环境要么过于极端，要么容易受到“邻居”的影响，都不能给行星提供长期稳定的空间环境。因此，像太阳系这种相对孤立的星系将更利于生命的形成和繁衍。

通常认为，拥有超过一颗恒星的星系不利于生命出现。因为在双星系统中，行星会受到两个恒星的引力影响，使得轨道变得不稳定。但双星系统也并非不能孕育生命。有研究认为，低质量双星系统的能量辐射叠加后，其宜居带的位置远离中央恒星，减少了辐射带来的危害。另外，如果双星的距离足够近，从远处看就和单颗恒星非常相似，围绕它们公转的行星轨道也很稳定，因此能为生命提供宜居条件。

双星系统（图源：1000facts.com）

另外，宜居行星环绕中等温度的恒星运行。这些恒星温度要适中，不可太热或太冷，而且要存在较长时间，使得生命有机会出现。根据恒星的光谱类型，宜居恒星的光球温度大约在7000k至4000k。而且恒星至少要存在数十亿年，生命才能有机会在环绕其运行的行星上繁衍。一般认为，主序星的行星才能有机会提供生命的存在环境。

筛选过星系和恒星之后，我们来把目光对准行星本身。为了拥有并有效维持液态水和大气层，宜居行星需要具有足够的质量、恰当的体积和轨道位置，以及固态岩石表面。而行星表面温度不仅受制于恒星光谱特征、自身轨道位置和质量，还受到地质活动强度、大气成分、反照率等诸多因素的影响。

• 适当的质量和体积

如果行星质量不够大，就无法维持足够的大气层，氢元素很容易逃逸，也就无法形成水。但大质量的类木气体行星由于不具有固态岩石表面，通常也不作为首选。一般认为，0.1-1个地球质量，或体积为0.4-2.5地球半径的行星更有可能适宜居住。

• 轨道位置

距离恒星太近，表面温度过高，水会蒸发成水蒸气，行星本身也易于被恒星潮汐锁定，造成表面巨大温差；距离恒星太远，表面温度太低，水固结成冰，无法维持液态水。因此，行星离恒星的距离也是衡量宜居性的要素之一。星系中这一适合的位置被称为“宜居带”，但由于不同恒星的光谱类型差异以及行星自身质量的不同，宜居带的位置并没有固定的标准。

• 其他加分项

适当的自转速度能够让行星维持较为均匀的表面温度，有利于液态水的形成和维持，也有利于为生命提供更适宜的环境。轨道偏心率越小，越近似圆形的行星，其表面环境年际变化幅度也越小，宜居性越高。

• 地球相似指数？

由于地球是目前所知唯一有生命存在和繁衍的星球，一个衡量星球宜居性的指标就是“地球相似指数”（esi - earth similarity index），其含义不用过多解释，就是该行星的质量、体积等要素与地球的相似程度。但这个指数并未涵盖行星宜居性所需的所有方面，而且不同星系的宜居指标也并非千篇一律，因此高地球相似指数并不能说明该行星更加宜居。

已知的候选者

根据目前已发现的系外行星的恒星光谱特征、轨道位置、质量、体积、公转、表面温度、宜居带状态等信息及推算信息，研究人员一共筛选出53颗可能宜居行星。其中火星大小（0.1-0.5倍地球质量或0.4-0.8倍地球半径）的1颗，地球大小（0.5-5倍地球质量或0.8-1.5倍地球半径）的22颗，超级地球（5-10倍地球质量或1.5-2.5倍地球半径）30颗。这些行星中，最远的距离我们2869光年，最近的也有4.2光年（就位于有名的半人马座啦）。

图中这些是其中最可能宜居的13颗系外星球。它们全都比地球大。根据体积和轨道位置推测，它们非常可能拥有液态水。但对于它们的真实环境情况，我们尚且一无所知。（右侧分别是地球、火星、海王星和木星大小对比）。

（图源：phl.upr.edu）

当然，这些都是根据地球上的碳基含水生命所做的推测。茫茫宇宙，浩瀚星空，焉知没有徜徉在液氨海洋中的氮基生物，或者呼吸着氟化氢的硅基生命呢？

参考资料

[1]  http://phl.upr.edu/projects/habitable-exoplanets-catalog

[2]  http://pansci.asia/camp/asiaa/issue6/

[3]  http://pansci.asia/camp/asiaa/issue4/

[4]  http://toments.com/247330/

[5]  http://www.sohu.com/a/151417126_735420

[6]  https://www.cdstm.cn/theme/hellosky/201803/t20180319_725321.html

[7]  https://zh.wikipedia.org/wiki/行星適居性

文章头图及封面图片来源：newyorker.com

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