一個宜居的行星會有一個宜居的衛星嗎?這個問題最早出現在果殼問答網站上,一個獲得和分享知識的地方,使人們能夠向別人學習,更好的瞭解世界。
在果殼問答網站上,戴夫.康西利奧對這個問題進行了回答,他是一位高中物理和化學老師,同時還是社群大學的教授。
一個宜居的行星能有一個宜居的衛星嗎?這是一個非常引人入勝的問題,我的答案是“通常不會”。
一個行星或衛星的宜居性基於一些條件,最關鍵的是星球自身的大小、質量以及和恆星的距離。天體的大小和質量決定了當它處在距離恆星的一定距離(也就是溫度)時所能保持的大氣種類和厚度。
因此,地球在既定距離上其大小對於生命來說正合適。如果地球是靠近太陽更近些,那就必須變得小一些並且大氣層變薄,二氧化碳變少才能居住。否則,我們最終會像金星一樣。同理,如果我們離太陽更遠些,則地球必須更大些,大氣層更厚些,擁有更多的二氧化碳才能保持溫度,否則,我們將會像火星一樣毀滅。
但問題是,行星和衛星的大小几乎總是不同的然而他們與母恆星的距離卻幾乎完全相同。
所以想象一下如果是火星繞地球執行而不是月球,火星距離太陽1個天文單位,可能仍然太小而不宜居。移動到足夠近以便使火星宜居,對於地球來說則太近,我們會被烤焦。
如今,如果行星和衛星大小接近,則是可能的。但是這種情況執行軌道的配置不如一大一小穩定,並且不大可能被發現。
那麼,這種情況有可能嗎?當然。宇宙真的很大。但有可能嗎?不。我認為,我們發現的大多數具有宜居行星的恆星系統是沒有衛星的(我們的兩個內行星一個衛星都沒有)或者瑣碎的衛星(比如火星)。具有相對大的衛星(比如地球)的大行星可能更為罕見。即便在這些情況下,其中的一個星體也可能不如其他的宜居。
一個宜居的行星能有一個宜居的衛星嗎?
簡短的回答是,我們不知道。但我的觀點是否定的。我的理由是衛星總是比行星更小。其他人提到冥王星/冥衛一,但我認為這並不相關,因為兩者均沒有足夠的引力,並且都沒有位於宜居帶。問題不在於在引力上是否可能(我不知道,但我猜測不能),而在於如何形成這樣的天體?冥王星/冥衛一可能形成於碰撞,那次碰撞將當時存在的東西分裂成了我們現在看到的兩個天體。在哪裡,圍繞太陽的軌道執行速度相當小,並且彼此周圍的軌道執行速度也很小,因為質量很低。兩者實際上都不是行星,在一個任意單位,軌道速度高達30km/s,碰撞將會導致汽化而不是平靜分裂。
現在,讓我們假設有足夠的“物質”可以在1個天文單位距離形成兩個地球.如果其中一個起步較好,其更強的引力會導致它增長得更快,所以相對小得則會被甩在後面。在最開始,他們不會繞彼此執行,因為他們太小了以至於沒有引力,因此兩者擁有完全相同的半主軸的機率非常低,如果不是這樣,他們遲早會靠得非常近,從而干擾彼此的軌道,並最終碰撞。較大一個星體的增長是以較小的一個為代價的,或者,就像地球的一樣,較小的忒伊亞,隨後將凝結成一個大衛星,但肯定小於主衛星。一個衛星可能形成在太陽的拉格朗日點,但如果發生這種情況,你將會以類似月球一樣的東西結束,這樣的衛星系統比某些人想象的要普遍的多。
一個星體需要足夠大才能維持大氣層,並且它也必須有原材料。火星的引力是地球引力的40%,但它的大氣層非常薄。我們能從中瞭解到什麼呢?那要視情況而定。火星的問題是它的氮怎麼了?同位素比率表明,只有少量的氮散失到太空中,但是這裡幾乎沒有任何氮(它大約只有6毫巴大氣的1%)。除非存在嚴重的錯誤,那麼火星最開始的東西基本上仍然存在的。所以,要麼是氮被掩埋在了地下,因此一定是固態的;要麼是最開始這裡就沒有多少。
在我的《行星形成和生物起源》中,我暗示它就在那裡,只是以一種減少的形式,如今被掩埋了。這是一個可以被驗證的預測(如果我們去那裡的話),並且這對於我寫關於火星的小說非常有用,但如果我們要在火星上定居,則它是很有必要的。不管怎樣,關鍵在於你需要氮氣以維持大氣壓,因為它可以如預期那樣存在於那裡不會在冬天凍結,就像火星上的二氧化碳一樣。如果足夠溫暖,以至於能容納液態水,二氧化碳則會逐漸轉化成石灰石和其他碳酸鹽,所以僅靠二氧化碳不能提供一個大氣層。(雖然在金星上是這樣,但它沒有水)沒有大氣層,不宜居。
所以,讓兩個地球相當大小的天體在軌道上圍繞彼此運動,都有適合的大氣層,這是極不可能的。
你能找到一個適合居住的衛星嗎?我想沒有理由不這樣做,如果恆星系統持有吸積盤的時間足夠長。所需要的是一個巨型星,以形成一個衛星系統,然後這個衛星系統發展得足夠大,或者巨星“捕獲”一個忒伊亞大小的物體,然後它可以繼續增長。可能性不大,但也不是完全不可能。
FY: 應如是