生命的存在取決于大氣厚度？

對于生命來說，多少大氣會是太多？隨著科學家發現了越來越多的超級地球和微型海王星，這個問題也變得越來越重要。

通常，我們認為這些行星的核是巖石結構的，并且體積差不多，而大氣的體積卻截然不同。微型海王星看上去更像一個氣體的龐然大物，有厚厚的大氣層，結果使表面承受過大的壓力；而超級地球的大氣層則薄得多。

最近的一項研究考察了一顆微型海王星逐漸接近一顆矮星會發生什么。M級別的恒星在形成的最初10億年非常不穩定。這些恒星產生的能量可能會發生劇烈的波動，其周圍行星受到的X射線和紫外線輻射可能比今天的地球強100倍到10000倍。

要在這樣的行星中形成生命，是一個巨大的挑戰。因為這樣的恒星比較小，只有距離它比較近的行星才能位于其可居住帶內。恒星在青年時期釋放的放射性物質會猛烈攻擊這些行星的大氣層，使大氣層中的分子所剩無幾。

但是，如果一顆微型海王星的軌道受到恒星或其他行星的引力影響，而逐漸靠近了恒星，會怎么樣呢？肯定會存在某些情形，在這些情形下，這顆微型海王星能夠恰好能抓住足夠多的大氣，從而成為超級地球——也就是比地球略大一些，但是仍然足夠小，因此大氣的體積也比較合理。這就是華盛頓大學天文學系的博士生Rodrigo Luger領導的一項最新研究的結論。

“這就很可能導致這些行星上能夠出現與我們所了解的生命形式類似的生命形式，”Luger說。

他說，在這樣的情形下，生命可能仍然要應對放射性物質的進攻，但是隨著恒星活動周期逐漸結束，放射性的強度要小一些。

大氣的問題

Luger領導的研究團隊建立了不同類型的微型海王星的模型，并改變它們的軌道離心率、質量和直徑。他們發現，一顆行星要想存在生命，其質量不能超過地球的兩到三倍，這樣才有可能變成一顆超級地球。如果質量過大，引力就會太強。此時，大氣的厚度如果足以抵御來自恒星的輻射，就會使生活在行星表面的生命承受過大的大氣壓力。

在這種情形下，一顆像超級地球那么大體積的行星可能是恰到好處的，但是它要成為孕育生命的搖籃，仍然面臨一些挑戰。這個模型假設，一顆行星最初的大氣成分是氫或氦，很多大型氣態星體都是這樣的。這種大氣成分顯然是不適合生命生存的。

有些科學家認為，地球的大氣（最主要的成分是氮氣和氧氣）是在火山噴發后才形成的。但是Luger指出，在一顆不穩定的M型矮星附近，第二大氣（在行星形成之后才形成的大氣）可能和第一大氣一樣，很快就會被剝奪。如果在靠近這顆M型矮星之前，這顆假設的行星的主要成分是冰，那么隨著它逐漸接近M型矮星，它會逐漸變成水，這本身就是一大挑戰。這樣由水構成的星球通常沒有大陸，也可能沒有為生命提供能量的碳圈。同時，這些水會對海洋底部形成巨大的壓力，抑制行星內部的礦物質滲出到表面，而礦物質也是生命所必需的。

Luger說，“最終的結論就是，這樣的星球與地球是截然不同的。”

觀測上的挑戰

Luger說，當前的技術還無法發現這樣的星球，因為它們距離所圍繞的恒星都太遠，也太小、太暗淡。如果行星距離恒星比較近，我們也許可以通過它對母星的引力影響觀測到它的存在，但是這個距離又太近了，使它不適于生命存在。

以CoRoT-7b行星為例，它的體積比地球大70%，運行軌道非常貼近母星。當它在2010年被發現的時候，研究人員用模型估計，發現隨著它逐漸接近母星，將失去大部分大氣。

Luger希望，能有一臺新的望遠鏡，發現更多的這種曾經的微型海王星。NASA的TESS（系外凌日行星勘測衛星）將于2017年發射升空，其設計目的就是觀測圍繞矮星運行的行星。

（via space）