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  • 1 # 微雲淡星河

    首先宜居帶的定義本身就有廣義和狹義之分。廣義的宜居帶是指一顆恆星周圍的一定距離範圍,在這一範圍內水可以以液態形式存在,就是具備生命存在的條件。但是狹義的宜居帶定義要考慮智慧生命的居住環境,就會得到一個更窄的“宜居帶”:即一個需要一個長期穩定且溫度適宜的環境,具備足夠的演化時間來形成智慧生物。我們主要討論狹義的宜居帶。

    說一些重要的影響條件:

    1.是否是主序星階段?

    單獨看恆星溫度是無法判斷出宜居帶範圍,是因為同樣質量的情況下,也需要看恆星的演化階段。對於初生的恆星和主序星階段的恆星,恆星的表面溫度取決於其質量。質量越大,表面溫度越高。但是對於演化到晚期的恆星,已經是紅巨星或紅超巨星時,不論其質量大小,表面溫度都不高。至少要比處於主序星階段的同等質量的恆星低很多。所以討論範圍應該是處於主序星階段的恆星。

    以太陽系為例,因為從初生階段到幾十億年前,金星曾經也是也是宜居帶,但是隨著太陽溫度的升高,太陽系的宜居帶也正在向外移動。幾十億年後由於太陽變成紅巨星,地球也會變為金星的樣子,不過此情形會發生在30億-50億年以後,所以大可不必擔心。

    2.是單星系統但是多星系統?

    其實在太陽系周圍類似的恆星中有2/3是雙星系統或是聚星系統,對於多星系統會存在一個問題就是影響軌道的偏心率,地球在46億年裡經歷過5次大的冰期,最近的第四紀冰期(就是讓大熊貓放棄吃肉改吃竹子的冰期)就和地球軌道偏心率變化有關,可以想象多星系統中一個軌道很扁的行星執行時,時而進入宜居帶,時而又在宜居帶外,這樣也許對微生物還可以生存,但對於動物生命來說卻是致命的。 而且,即使形成行星,其軌道會由於多個天體引力的作用而被攝動,最終導致恆星落入其中一個恆星中也是災難性的。

    3.是否處於疏散星團或者球狀星團的附近空間?

    就拿太陽系來說,太陽系處於獵戶座旋臂上,是銀河系的四大旋臂結構之一。至銀河中心的距離大約是2.6萬光年,幾乎已經到了銀河系的邊緣,太陽系繞銀河系公轉一週需要2.26億年。說白了太陽系也在銀河系的郊區,相當於北京的三環到四環。(市區房子太貴啊,不適宜居住啊!)

    那是因為再往裡面的話,恆星密度提高,將會有更多的輻射和粒子,會對生命的形成有很大的影響。而且太多的引力變化也會影響行星軌道的穩定性。

    4.恆星的大小

    恆星的光度決定了它的宜居帶的位置,而發光度又由恆星的大小、型別和年齡決定。對於那些比太陽更大的恆星來說,壽命短,其宜居帶向外移動的更快,持續時間也更短。不具備誕生高等生命的先決條件。

    但是如果小於太陽的質量呢?因為大多數的恆星比太陽小。對於這些比太陽小的恆星來說,其宜居帶需要更靠近恆星。但距離很近就會有更大的危險:當行星距離太陽很近的時候,恆星的引潮效應就很容易將行星潮汐鎖定,導致行星只有一面朝向太陽。這種同步旋轉會導致行星的黑暗面溫度極端低下,白天溫度又極高的現象。(月球就是被地球潮汐鎖定了,所以我們只能看到月球的一面)

    但是真相是如果被潮汐鎖定了,對於生物來說是災難性的。只一面朝向太陽,大氣在向陽側,大氣不斷升溫並膨脹,導致大氣壓力下降。而在背陽側,持續降溫導致冷空氣下沉,從而增加大氣壓力。兩個半球將會出現巨大的氣壓差,這樣的後果會引發氣候災變。然後背陽側的植物沒有Sunny全部死亡,大氣氧氣含量嚴重下降,向陽側的大氣相比少了很多,宇宙射線的輻射強度激增。

    所以說宜居帶的定義是:在恆星周圍的一個類地行星,擁有一個含有氮氣、水和二氧化碳的大氣,並且形成的氣候可以維持以水為基礎的生命。類太陽系持續宜居帶的寬度在0.95到1.15個天文單位。

    而且一般行星的宜居帶是根據平均溫度範圍計算出來。

    計算公式:{[(恆星功率/行星公轉軌道面積)*行星迎光面積/行星表面積]*斯特番—玻爾茲曼常數}^(1/4)=行星表面平均溫度

    還不能算行星大氣情況,算大氣的話非常複雜。涉及到組成成分,厚度,密度等情況。

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