要找一颗宜居的星球，比宜居更重要的是它的大小

TRAPPIST-1行星系统概念图

照片:美国宇航局/JPL-加州理工学院

为了适合居住，地球上必须有液态水。细胞是最小的生命单位，需要水来完成它们的功能。液态水要存在，地球的温度也必须是正确的。

但是地球的大小呢？

如果质量太小，就没有足够的重力来支持液态水。一项新的研究试图了解地球的大小如何影响其蓄水保水的能力，进而影响其可居住性。

行星的可居住条件是什么？这是一个争论不休的话题。不仅是系外行星，还有太阳系中的一些卫星。

科学家知道一颗行星需要从恒星获得多少能量来维持液态水。

这也是“金凤花带”的概念，这是一个离恒星不远的区域，距离不够近，无法让行星维持液态水。

随着在居民区寻找系外行星的工作量的增加和技术的变化，科学家需要更多的约束来决定他们应该把资源花在哪种类型的行星上。

研究表明，行星的质量可能是制约因素之一。

这篇研究论文的主题是“低重力水世界的大气演变”，发表在《天体物理学杂志》上。主要作者是麻省理工学院的康斯坦丁·w·阿恩斯切特。

为了维持其表面和大气中的液态水，行星必须有足够的质量，否则水和大气将直接飞入太空，水资源必须维持很长时间才能出现生命。天文学家用大约十亿年的数字来计算。

康斯坦丁·阿恩谢迪特说:“谈到可居住区，人们经常会想到太空，也就是说，这颗行星离恒星有多远。但事实上，还有许多其他可变的限制，包括质量。为行星的大小设定一个最小值为我们找到可居住的行星提供了一个重要的约束。”

恒星周围的“可居住区”(左边太热，右边太冷，中间太右)

照片:peti gura/Howard/Marcy/UC Berkeley/uh manoa

可居住区的大小和范围取决于恒星。红矮星更小，能量更低，所以它们的可居住区域比太阳更靠近它们。这很容易理解。

如果行星离恒星太远，水就会结冰。太近会导致温室效应失控，水会沸腾，变成蒸汽，漂浮到太空中。

但是更小、质量更低的行星可能能够承受失控的温室效应。

当一颗低质量的行星变暖时，大气就会膨胀。这颗行星本身已经变得比它的恒星还要大。这有两个影响:随着体积的增加，大气吸收更多的能量；同时，它会释放更多的能量。

根据研究人员的说法，最终结果是大气的膨胀防止了温室效应的失控，并有助于维持地表的液态水。

这意味着它们和恒星之间的距离可以更近而不会失去水分，从而扩大了可居住区的范围。

当然，行星的质量是最小的。如果它太小，它的重力不够，大气将被剥离，水要么和大气一起离开地球，要么冻结在地球表面。

在这样的条件下，没有任何生命能够生存。

因此，除了行星和恒星之间的距离会影响其可居住性外，还有一个限制条件，那就是它的质量下限。

简单地说，如果一颗行星真的很小，它就不适合居住，即使它在一个适合居住的区域。

行星质量下限示意图(左可居住，右太小不可居住)

照片:哈佛SEAS

根据研究人员的计算，可居住行星的临界大小是地球质量的2.7%。任何质量比这更小的行星都无法在生命出现之前维持足够长的大气和水。

例如，月球占地球质量的1.2%，而水星占5.53%。

研究人员以类彗星行星为例。彗星有很多水，当它们接近太阳时，水升华。

然而，类彗星行星缺乏维持蒸汽所需的质量，永远不会形成大气层。水消失在太空中。因此，如果地球太小，即使它有很多水，它也不能存在。

研究人员使用模型来估计围绕两种不同类型恒星的低质量行星的可居住区域。一个是M型红矮星，另一个是像太阳一样的G型星。

围绕红矮星运行的外星行星和卫星。

照片:阿吉拉尔/美国航天局/哈佛-史密森尼天体物理中心

这个模型也可能解决太阳系中另一个长期存在的可居住性问题。木卫二、木卫三和木卫四都有大量的液态水，但它们都被限制在冰下。

天文学家们一直想知道，如果太阳释放更多的能量并使月球变暖，它是否会变得适合居住。但是根据这项研究，即使木卫二变得足够温暖来融化冰，因为它的质量太小，它们也不能保留液态水。

木卫二的质量约为地球的2.5%，不到2.7%。像彗星一样，它的水被送到太空。

麻省理工学院海洋环境科学与工程副教授罗宾·华兹华斯说:“在低质量的水环境中发现生命有着迷人的可能性。一旦提供了技术支持，对这些行星的直接观测将是令人兴奋的。”

在研究中，研究人员还预先预设了一些必要的假设，比如低质量行星的大气层是纯水蒸气。

他们还假设水的质量是地球质量的40%。同时，研究人员也忽略了其他一些因素，如二氧化碳循环、云层和海洋化学。在研究的这个阶段，仍然有许多变量需要建模。

作者还讨论了可居住的系外行星代替系外行星的可能性。也许在其他恒星系统中，卫星比行星更适合居住，其他因素也可能起作用，比如潮汐力。

在M型红矮星周围尤其如此。因为与像太阳这样的G型恒星相比，红矮星的可居住区已经非常接近了。

在这种情况下，系外行星、行星和恒星之间的综合引力可能会完全消除行星的可居住性。

研究人员还知道，地球的可居住性有各种可能性和因素。例如，尽管木卫二太小，但它上面可能有地下海洋生物，因为那里的水被冰挡住了，无法进入太空。

要确定这个星球的可居住性，还有许多工作要做。正如作者所说，“下一步是考虑建立一个更复杂的流体动力学逃逸模型。”

蝌蚪工作人员从科学警报，翻译狗哥，转载必须得到授权。