液態水是生命在一個星球上發展的一個重要前提條件。正如科學家們在一項新研究中所報告的，液態水也可能在與地球非常不同的行星上存在數十億年。這使我們目前以地球為中心的關於潛在可居住行星的想法受到質疑。
地球上的生命起源於海洋。因此，在尋找其他行星上的生命時，液態水的潛力是一個關鍵因素。為了找到它，研究人員傳統上一直在尋找與我們的星球相似的行星。然而，長期的液態水並不一定要在與地球上類似的環境下發生。伯爾尼大學和蘇黎世大學的研究人員是瑞士國家研究中心（NCCR）PlanetS的成員，他們在2022年6月27日發表在《自然-天文學》雜誌上的一項研究中報告說，有利的條件甚至可能在幾乎與我們的地球完全不相似的行星上出現數十億年。
“水在地球上能夠成為液體的原因之一是它的大氣層，”研究報告的共同作者、蘇黎世大學理論天體物理學教授、NCCR PlanetS的成員Ravit Helled解釋。“憑藉其天然的溫室效應，它能捕獲恰到好處的熱量，為海洋、河流和雨水創造合適的條件。”
然而，地球的大氣層在其古代歷史上曾經非常不同。“當地球最初從宇宙氣體和塵埃中形成時，它收集了一個主要由氫和氦組成的大氣層–一個所謂的原始大氣層，”Helled指出。然而，在其演變過程中，地球失去了這種原始大氣。
其他更大規模的行星可以收集更大的原始大氣，在某些情況下，它們可以無限期地保持這些大氣。“這種巨大的原始大氣層也能引起溫室效應–很像今天的地球大氣層。因此，我們想弄清楚這些大氣層是否能幫助創造液態水的必要條件，”Helled說。
數十億年來的液態水
為此，研究小組對無數的行星進行了徹底的建模，並模擬了它們數十億年的發展。他們不僅考慮了行星大氣層的屬性，而且還考慮了各自恆星的輻射強度以及行星向外輻射的內部熱量。雖然在地球上，這種地熱對錶面的條件只起了很小的作用，但在具有大規模原始大氣層的行星上，它的貢獻會更大。
“我們發現的是，在許多情況下，原始大氣層由於來自恆星的強烈輻射而消失，特別是在靠近恆星的行星上。但是在大氣層仍然存在的情況下，可以出現液態水的合適條件，”該研究的博士生和主要作者Marit Mol Lous報告。根據伯爾尼大學和蘇黎世大學研究人員的說法，“在有足夠的地熱到達表面的情況下，甚至不需要來自像太陽這樣的恆星的輻射，這樣在表面就有了允許液態水存在的條件。”
“也許最重要的是，我們的結果表明，這些條件可以持續很長時間–高達數百億年，”這位研究人員指出，他也是NCCR PlanetS的成員。
拓寬尋找地外生命的視野
對許多人來說，這可能是一個驚喜。研究報告的共同作者、伯爾尼大學理論天體物理學教授、NCCR PlanetS成員Christoph Mordasini解釋說：“天文學家通常期望液態水出現在接受恰到好處的輻射的恆星周圍區域：不要太多，這樣水就不會蒸發，也不要太少，這樣它就不會全部結冰。”
“由於液態水的可用性可能是生命的先決條件，而生命可能需要數百萬年才能在地球上出現，這可能會大大擴展尋找外星生命體的視野。”Mordasini說：“根據我們的結果，它甚至可能出現在所謂的自由漂浮的行星上，這些行星不圍繞恆星運行。”
然而，這位研究人員仍然很謹慎：“雖然我們的結果令人振奮，但應該用一粒鹽來考慮它們。對於這樣的行星來說，要想長期擁有液態水，它們必須擁有適量的大氣。我們不知道這有多普遍。”
“而且即使在合適的條件下，也不清楚在這樣一個異國的潛在棲息地出現生命的可能性有多大。這是天體生物學家的一個問題。不過，通過我們的工作，我們表明我們以地球為中心的生命友好型行星的想法可能太狹隘了，”Mordasini總結道。