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行星上的岩石如何影响其宜居性?

硅酸盐岩石的风化是碳循环过程(carbon cycle)的一部分,该循环效应在很长一段时间内维持了地球上温和的气候条件。

硅酸盐岩石的风化作用是让地球气候保持温和的重要因素之一。一个由瑞士伯尔尼大学(University of Bern)和瑞士国家研究能力中心(NCCR)旗下行星研究所(PlantS)领导的科学小组研究了这一物理过程的普遍原理,相关研究结果可能会影响我们解读来自遥远星球的信号(包括可能暗示外星生命存在的迹象)。该论文于3月11日刊发在《行星科学杂志》上。

地球上的自然条件十分适宜生物生存,因为大多数地方温度适中,且有液态水存在。然而,这些条件以及生命存在的其他必要条件都取决于大气的精确组成――成分“失之毫厘”,结果将“差之千里”。诸如二氧化碳的特定气体如果过多或过少,地球便会变成冰球或“高压锅”。因此,在科学家们搜索宜居行星时,行星大气层是关键观测对象之一。

有时,大气是原始的,主要由行星形成时周围的气体组成,比如木星、土星。然而,在火星、金星或类地行星上,这种原始大气层消失了。相反,它们剩余的大气会受到行星表面地质化学效应的强烈影响。岩石风化等物理过程将改变大气成分,从而影响行星的宜居性。

在地球上,当二氧化碳浓度上升时,温度会上升。更高的温度将导致更强的降雨,这会让硅酸盐的风化速率提高,同时又反过来降低二氧化碳的浓度,进而降低温度。然而,这一过程在其他行星上却不一定以同样的方式进行。借助计算机模拟运算,研究小组测试了不同条件对风化过程产生的影响。他们发现,即使在非常干旱的气候条件下,行星的风化作用也可能比在地球上更剧烈,只要化学反应进行地足够快。

根据伯尔尼大学空间与宜居性中心(CSH)的Kaustubh Hakim的说法,岩石的类型也会影响这一过程,而且很可能会导致完全不同的风化速率。该研究小组还发现,在70°C左右的温度下,硅酸盐的风化速率会随着温度的升高而降低,这与目前盛行的理论相左。“这表明,对于与地球条件相去甚远的行星来说,风化作用可能扮演着不同的角色。”

如果天文学家们在未来发现一个可供生命体居住的星球,那么它很可能位于恒星周围所谓的“宜居带”。那里的太阳辐射量可以让水成为液体。在太阳系中,这个区域大致位于火星和金星之间。

这篇研究论文的作者之一、伯尔尼大学天文学和行星科学教授Kevin Heng指出:“地化反应对宜居带行星的宜居性具有深远的影响。”该小组的研究结果表明,温度升高可能会减少风化作用及其对其他行星的平衡作用,一个潜在的宜居星球也可能变成地狱般的“温室”。正如Heng进一步解释的那样,了解不同条件下的地化过程不仅对估算生命存在的潜在可能性至关重要,也能指导生命的探测。

科界原创

编译:朱明逸

审稿:西莫

责编:陈之涵

期刊来源:《行星科学杂志》

期刊编号:2632-3338

原文链接:

https://phys.org/news/2021-03-habitability-exoplanets.html

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