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日志

 
 

太阳系里有多少海洋星球?  

2016-08-13 19:15:45|  分类: 自然地理 |  标签: |举报 |字号 订阅

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在探索太阳系和搜寻新世界的过程中,美国航空航天局(NASA)在意想不到的地方找到了水。水是我们在地球以外搜寻宜居星球和外星生命的重要一环,但它似乎还以令人惊奇的方式同许多看起来毫不相关的星球联系在了一起。

“近年来,NASA的科学活动已经得出了一大批与水有关的惊奇发现,正激励着我们继续探索我们的起源以及宇宙中其他星球和生命的迷人可能性。”NASA首席科学家艾伦·斯托凡说。他还透露,在有生之年里,我们极有可能找到这样一个问题的最终答案——在太阳系甚至宇宙里,我们是否孤独?

太阳系里到底有多少颗海洋星球?

水由氢和氧构成。氢和氧都是宇宙中最丰富的元素。在恒星间巨大的分子云中,在新生行星系统的物质盘中,在环绕其他恒星运转的巨行星的大气之中,天文学家都找到过水存在的迹象。

天文学家认为,有几颗星球在地表之下拥有液态水,还有更多的星球上水以冰或者水蒸气的形式存在。水存在于彗星和小行星之类的原始天体上,也存在于谷神星(Ceres)之类的矮行星上。天文学家认为,在木星、土星、天王星和海王星这4颗巨行星的大气中以及内部也存在大量湿润的东西,它们的卫星和光环中也存在大量水冰。

或许最让人吃惊的水世界是木星和土星的5颗冰卫星:木卫三(Ganymede)、木卫二(Europa)与木卫四(Callisto)以及土卫二(Enceladus)和土卫六(Titan)。有强有力的证据显示,它们的地表之下存在海洋。

借助哈勃空间望远镜,科学家最近找到了确凿证据,证明木卫三拥有一个地下咸水海洋,很可能夹在两个冰层之间。

木卫二和土卫二拥有的地下液态水海洋,则被认为直接与富含矿物的岩石接触,或许拥有我们所知生命所需的3个要素:液态水、生物过程的关键化学元素以及生物可以利用的能源。NASA的卡西尼探测器已经揭示,土卫二是一颗有着活跃冰喷泉的星球。最近的研究显示,那里的地下海洋底部可能存在热液活动,这种环境有潜力维持生物活动。

NASA的航天器还在水星和月球处在永久阴影中的环形山坑内发现了水冰存在的迹象。

在火星上,NASA的探测器已经发现了确凿证据,表明液态水在久远的过去曾长期存在于火星表面。好奇号火星车发现了一片远古河床,曾经存在适宜我们所知的生命生存的环境。

最近,NASA的科学家利用地面望远镜估算出了火星在亿万年的历史上损失的水量。他们的结论是,这颗行星曾经拥有足够的液态水,并曾经形成一片海洋,覆盖火星北半球几乎一半的地表,在某些地区水深甚至超过1600米。可是,这些水都去哪儿了呢?

很明显,一部分水留在了火星极冠和地表以下。科学家还认为,绝大多数火星的早期大气被来自太阳的带电粒子流剥离,导致这颗行星逐渐干涸。NASA的MAVEN探测器正环绕火星努力工作,追踪这样的气体流失。

了解水在太阳系中如何分布,向我们透露了大量细节,有助于揭示行星、卫星、彗星及其他天体在大约45亿年前是如何从环绕于太阳周围的气体和尘埃盘中诞生的。靠近太阳的地方,要比远离太阳的地方更热、更干,因为只有冷到足够的程度,水才能够凝结。这条分界线被称为“冻结线”,位于现在木星的轨道附近。即使到了今天,这条界线也是大多数彗星上的冰开始融化而变得“活跃”的地方。

科学家认为,早期的太阳系太热,水无法在地球这样的内行星上凝结成液体或者冰块。因此,地球上的水必定是后来才被带过来的,可能是彗星,也可能是含水的小行星。NASA的曙光号(Dawn)探测器正在研究谷神星。它是介于火星和木星之间的小行星带中最大的天体。研究者认为,谷神星的化学构成富含水分,与太阳系早期将水带到地球等3颗岩石行星上的天体类似。

木星所含的水量是破解太阳系形成之谜的关键环节。木星很可能是所有行星中最先形成的,包含了绝大多数没有被太阳吞并的物质。有关木星形成的主流理论,重点取决于这颗行星吞并了多少水。为了破解这一谜题,NASA的朱诺(Juno)探测器将从2016年年中开始测量这一重要的数据。

观测其他正在形成的行星系统或许有机会让我们一窥太阳系的婴幼儿时期,而水在其中扮演着重要角色。比如,NASA的斯皮策空间望远镜(Spitzer Space Telescope)已经在一个年轻的恒星系统中观测到了富含水分的彗星如雨一般落向内侧的迹象,很像是我们的太阳系在年轻时经历过的行星大轰炸。

在研究太阳系外行星的过程中,我们也越来越接近于确认是否有其他像地球一样的水世界存在。事实上,对于一颗行星是否适宜生命生存,我们的基本判据就与水紧密相关:每颗恒星都有一个相应的宜居带,在这个距离范围以内,行星表面的温度既不太高也不太低,恰好允许液态水存在。NASA专门寻找行星的开普勒望远镜(Kepler)就是据此设计的,在多种类型的恒星周围寻找宜居带内的太阳系外行星。

开普勒望远镜最近确认的太阳系外行星已经超过1000颗,它的数据证实银河系里最常见的行星只比地球稍大一些。天文学家认为,这类行星中的许多可能完全被深海覆盖。作为开普勒的后续任务,K2任务将继续监测星光,发现新的行星。

NASA未来的TESS任务(凌星太阳系外行星巡天卫星)将在太阳附近的明亮恒星周围搜寻地球大小和超级地球大小的行星。它将发现一些可能含水的行星,NASA的下一代大型空间望远镜——韦布空间望远镜(James Webb SpaceTelescope)将有能力仔细检测这些特殊星球的大气成分。

我们很容易忘记,地球上几乎随处可见的水会和太阳系乃至宇宙存在如此紧密的关联。但是,我们的水来自某处?太阳系内每一颗星球上的水都有着同一个起源。所以,下一次你喝水的时候,不妨想一想,你喝下去的水可能曾是一颗彗星的一部分,可能与火星表面早已消失的海洋同源。同样,下一次抬头仰望星空的时候,你也不妨想一想,夜空中或许到处是跟地球一样的行星,那里也有浪花在拍打着外星球的海岸。

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