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海洋环流可能是在系外行星上发现外星生命的关键

海洋环流可能是在系外行星上发现外星生命的关键

研究发现,在寻找外星生命的过程中,与地球一模一样的行星可能不是最佳观测地点。

长期以来,全球各地的研究人员都在研究这个问题:其他行星上是否存在生命?如果有,我们如何才能找到?面对太阳系外成千上万颗有待探索的行星,科学家们需要找到一种方法来预测哪些系外行星最有可能存在生命。更复杂的是,他们的预测必须基于从数光年之外的观察结果,比如系外行星的大小、质量和大气的组成。

在最近发表在《天体物理学杂志》上的一篇文章中,芝加哥大学的行星科学家Stephanie Olson提出了一个新的模型,该模型预测了海洋的循环模式如何影响地球上生命的生存。这些因素可以指导科学家寻找其他世界的生命,也可以指导研究人员;研究结果表明,寻找一颗与地球完全相似的行星可能不会把我们带到最有可能存在外星生命的地方。

以前对系外行星海洋的少量研究主要集中在其对气候的影响上。该研究报告的作者之一、芝加哥大学副教授多利安·艾博特说。这项研究开始评估海洋环流对营养循环、生物生产力的影响,以及可能对系外行星上生命的可探测性的影响。

海洋环流可能是在系外行星上发现外星生命的关键

环流模式会对海洋生物的生存能力产生重大影响。地球上海洋中的大多数生命都存在于表层,它接受阳光来支持光合生物,并与大气交换气体。在重力的作用下,死亡的生物被拉下,这个混合层不断地将营养流失到更深更平静的海洋区域。

如果你观察我们海洋中的生命,你会发现它们绝大多数都集中在有上升流的地方。奥尔森说,他是T.C. Chamberlin地球物理科学系的博士后研究员。

奥尔森利用一个模型来探索,诸如行星的大小或自转速度等可观察到的特征的微小变化,是如何显著地影响外行星海洋中上涌的数量,从而对海洋表面的生命产生有利或不利的影响。

我们发现,自转速度比地球慢、表面压力比地球大、海洋含盐量比地球高的行星都可能经历更大的上升流。这可能有助于更活跃的光合作用生命,并最终表现为更可检测的光合作用生命。奥尔森说。这些都是我们在生命探测研究中应该优先考虑的行星类型,如果我们找不到生命,不探测可能更有意义。

这些结果与系外行星优先排序的普遍观点相反:我们发现生命的最佳机会将是找到一颗具有尽可能多的类地特征的系外行星。

环流模式会对海洋生物的生存能力产生重大影响。

这项研究推动了我们对类似地球的星球的探索,并考虑是否存在比地球本身更适合生命居住的行星。奥尔森说。

奥尔森特别发现,系外行星与地球不同的一些特征可能会导致大气中有更多的生物活动的气体特征,比如氧气和甲烷,这使得这些行星上的生命更容易被远距离探测到。

奥尔森的模型除了为寻找其他行星上的生命提供信息外,还可能提供有关地球上海洋环流模式的信息,并对地球上生命的过去和未来都有深入的了解。

在地球的历史进程中,太阳的自转速度、表面压力和亮度都发生了变化。奥尔森的模型表明,随着时间的推移,所有这些变化都导致了上涌现象的增加,并可能推动了海洋生物的繁盛。

海洋环流可能是在系外行星上发现外星生命的关键

此外,奥尔森还惊奇地发现,海水盐度的增加——溶解在海洋中的盐的量——可以显著地影响地球的气候。她的模型发现,如果我们把海洋中的盐含量增加一倍,就会导致所有的海冰融化,导致地球升温6摄氏度。

如果两个盐度差的因素对行星气候如此重要,那么海洋盐度是我们确实需要从我们自己星球的气候演变角度来思考的问题。奥尔森说。

奥尔森的模型通过巧妙地改变类地行星的特征,一次改变一个参数,预测了海洋环流和气候的这种以及其他令人惊讶的显著变化。如果参数同步变化,以更准确地反映系外行星的特征与地球的不同,就有可能产生更剧烈的影响,从而为探索打开了近乎无限的可能性。

海洋是真正动态的栖息地,而我们才刚刚触及其中的皮毛。奥尔森说。我的愿景是,人们会对此感到兴奋,并继续努力,探索更多的奇异可能性。

123 .在被潮汐锁住的行星上没有雪球,行星上有一个动态的海洋。作者:Jade H. Checlair, Stephanie L. Olson, Malte F. Jansen和Dorian S. Abbot, 2019年10月16日,《天体物理学杂志》。

2041 - 8213 . DOI: 10.3847 / / ab487d

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