我们可能低估了适合居住的寒冷巨行星的数量

在宇宙的某个地方，可能存在岩石星球，它们与主恒星之间的距离可能是地球与太阳距离的两倍。由于远离主恒星的温暖，这些行星应该相当寒冷——它们表面的任何水都应该是冰冻的。

但行星科学家表示，可能存在一类岩石系外行星，它们被厚厚的氢气和氦气覆盖。如果这些气体层能将行星核心与太空的严寒隔离开来，它们的表面温度可能正好适合液态水的存在。如果是这样的话，这些星球可能适合居住。

大约十年前，科学家提出，这样的星球或许能够支持生命。他们有时将这些行星称为“寒冷超级地球”，因为它们的质量可能比我们的地球大 10 倍。但研究人员尚未弄清楚，水是否能够在这些系外行星上停留足够长的时间，让生命得以进化。

现在，周一发表在《自然天文学》杂志上的一篇论文描述了新的计算，表明这些星球的表面条件可能在 50 亿至 80 亿年的时间里一直保持温和，足以让生命存在。相比之下，地球只有大约 45 亿年的历史，生命大约在 37 亿年前出现在地球上。

“生命需要一段时间才能进化。因此，经历一段漫长的时期确实很重要，”蒙特利尔大学系外行星研究所天体物理学教授 Björn Benneke 表示，他没有参与这项新研究。他说，如果超级地球在其存在的相对较短的时间内（例如一百万年左右）只有液态水，那么这些行星可能在氢气大气层下适宜居住的假设将“令人沮丧”。

新的计算结果预示着这些寒冷的超级地球可能适宜居住。它们存在仍处于理论上，至今尚未发现任何行星，因此这为天体物理学家寻找此类系外行星增加了动力，因为他们希望确定我们是否是宇宙中唯一的生命。

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“我们必须保持开放的心态，不要认为生命必须生活在与地球完全相同的环境中，”新论文的第一作者、瑞士苏黎世大学研究系外行星的博士生玛丽特·莫尔·卢斯 (Marit Mol Lous) 说道。“这为我们提供了一个额外的理由来考虑这些奇异的栖息地。”

基于我们已知的唯一宜居星球模型——地球，科学家们经常寻找一颗行星，它绕着恒星运行，并且行星表面的温度不会太高，也不会太低，因此液态水无法生存。这个区域通常被称为宜居带，或绰号“宜居带”。相比之下，所谓的寒冷超级地球位于恒星宜居带之外。但与直觉相反，这也可能是这些外星世界宜居的原因之一。

在地球上，大气中的二氧化碳和甲烷等温室气体有助于维持水的“适宜”温度。如果周围有足够的氢气，它也可以充当温室气体。

诀窍是让氢气在周围停留足够长的时间，以便它能够积聚起来。它是一种特别轻的元素，因此除非行星质量足够大，引力足够大，能够抓住氢气，否则氢气就会消失在太空中。如果行星靠近其恒星，辐射会使这些粒子更快地逃逸。这些寒冷的超级地球与恒星之间的巨大距离可以保护它们的氢气不被撕裂。

为了弄清楚寒冷的超级地球如何才能在较长时间内保持氢氦大气层的适当厚度，莫尔·劳斯开发了各种大小的岩石系外行星的计算机模型。她将它们放置在距离模拟主恒星多个距离的位置。然后，她对它们可能如何随时间演变进行了模拟。

莫尔·劳斯考虑了影响行星表面温度的因素，例如逃逸率、其主星随着时间的推移如何变亮或变暗，以及其内部放射性物质散发的热量。

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她发现，如果以氢和氦为主的大气层厚度是地球大气层的 100 到 1,000 倍，行星的质量是地球的 1 到 10 倍，并且它与恒星之间的距离至少是地球与太阳之间距离的两倍，那么长期存在液态水的最佳条件就是。

虽然距离如此之远，使得这些寒冷的超级地球的研究变得有趣，但也使得天文学家极难发现它们。科学家通常用来探测系外行星的技术依赖于行星从其恒星前方经过。这种凌日现象会使主恒星的光线略微变暗，天体物理学家利用这种光线来计算轨道行星的存在。但是，本尼克说，当一颗超级地球大小的行星在如此遥远的地方运行时，它不太可能在正确的时刻对准轨道，从而被目前的技术探测到。

因此，他表示，目前尚不清楚是否存在这样的超级地球。“但……专家们已经表明，这种行星的多样性，以及可能存在的行星的总体范围实际上非常大。”如果它们确实存在，那么关于这样一个寒冷潮湿的世界是如何形成的，仍有许多问题需要解答。莫尔·洛斯和她的同事们已经开始研究新模型，以探索寒冷超级地球的形成。

但本尼克表示，解决这些谜团的最好方法“就是找到这些系外行星”。