“宜居區域”中的星球數量可能會因有毒大氣而減半

新發現強調一種在我們尋找複雜的外星生命中，嶄新且關鍵的變數。

在由加州大學河濱分校展開的一項新研究中，研究者認為，之前估計的的可以支援複雜生命生存的星球數可能明顯過高了。真實數量比原數量少太多了。

傳統上來說，許多尋找地外生命的研究都關注於科學家所命名的“宜居區域”——有時叫做宜居帶。它因它與恆星保持適中距離，這樣星球上的水既不會蒸發，整個星球也不會被凍結。這是最合適的位置。

這個描述適用於基礎的單細胞的微生物，但不適用於更復雜的生命形式……這就是這種說法的重要所在。

加州大學河濱分校的團隊釋出在《天體物理學》雜誌上的成果顯示，讓預測水平改變的幾種有毒氣體，使複雜生命體的宜居區域至少縮小至一半——一些時候甚至把宜居區域縮小到零。

“想象一個‘適宜複雜生命體居住的宜居區域’是一個被界定為安全的區域，在那裡，支撐像我們在地球上發現的一樣豐富的生態系統是貌似可行的。”UCR的生物化學系中地球行星科學的教授，同時也是這篇論文的合著者提莫西•里昂說。“我們的研究成果顯示，像地球一樣的複雜生態系統，難以在大部分傳統定義中的宜居區域生存。”

使用電腦模型，來研究各種各樣星球上的大氣氣候和光化學時，這個團隊一開始考慮的是二氧化碳。當行星離它們的主恆星太遠時需要二氧化碳——一種強有效溫室氣體——來維持高於零度的溫度。在這一點上，地球也是一樣的。

這份研究總結，二氧化碳本身的毒性限制了單細胞動物的生存範圍，小於原來傳統宜居區域的一半。對環境更為敏感的人類和其他高等動物，安全區域縮小至傳統區域的三分之一。

更何況，在某些特定的星球上沒有安全區域，包括太陽的最近的兩個鄰居，半人馬座的比鄰星和TRAPPIST-1。

這些溫度更低，更昏暗的恆星釋放出來的紫外線輻射的型別和強度可以導致產生高濃度的一氧化碳——另一種致命氣體。

一氧化碳在生物體內與其血紅蛋白結合，血紅蛋白是一種可以往全身運輸氧氣的物質。即使只是少量的一氧化碳就可以導致體細胞因缺氧而死。

“展示我們的星球是多麼的珍貴和稀有僅僅增加了保護它的理由。據我們所知，地球是宇宙中唯一一個人類可以賴以為生的星球。”

因為我們的太陽更熱，更亮，從而引起大氣層中的化學反應，使得一氧化碳無法在地球大氣中積累，而是被很快地分解。但是，加州大學河濱分校的團隊總結，微生物生態圈也許能在一氧化碳充足的星球上繁榮發展。

藝術家對TRAPPIST-1這一系外行星的再現

科學家已經確認，大約有4000行星是圍繞太陽以外的恆星進行的，但是沒有一個行星是人類可以親自到達的，只因它們實在是太遠了。最近的是半人馬座的比鄰星b，但如果開著現有的宇宙飛船前往也需要54400年。使用望遠鏡來偵查它們大氣中的特定幾種氣體，是我們唯一一種方法來研究這些行星了。

所以，這些為什麼以前沒有被注意到呢？

“以前所做的和我們研究中提出的東西的真正區別，是誕生簡單生命的最低條件，和誕生形式更為複雜的生命的最低條件。”

對於宜居區域的定義關注於一點，即液態水存在的可能性，但保持液態水在外太空的宜居區域上存在所需的溫室環境需要大量二氧化碳。

“如果你在思考宜居意味著什麼，那麼宜居區域是給誰居住將會成為定義它的方法。是為了微生物？還是為了人類？或者其他形式的更高等的生命體？許多人認為這是一回事，實際上完全不是這樣的。”

NASA的可居住的太陽系外行星天文臺的樣子。

來源於這個團隊之前的研究的發現已經告知了下一代太空任務，如NASA推動的可居住的太陽系外行星天文臺。舉例來說，因為氧氣對於地球的複雜生命體來說是必須的且可以被遠端觀察，這個團隊正在研究氧氣在不同星球的大氣上是多麼普遍。

為了大部分HZ能夠維持溫和的氣溫

除了地球以外，在我們的太陽系中沒有能孕育生命的星球能被遠距離辨識出來。韋特曼解釋，如果生命在太陽系的其他地方存在著，它一定在岩石或冰層的深處生存著。因此，系外行星可能是是我們尋找更像我們所處環境的宜居區域的最大希望。

“我認為展示我們的星球是多麼珍貴和稀有增加了保護它的必要性。”韋特曼說，“就我們目前所知，地球是宇宙中唯一一個可以維持人類生存的星球。”

摘抄：

宜居區域（下文簡稱HZ）通常被定義為一顆與主恆星保持一定距離的行星，並在其表面存在十分關鍵的生命體所需的液態水。

大體上，需要持續且多於地球當前大氣層中二氧化碳含量的二氧化碳，來使大部分HZ能夠維持溫和的氣溫。

然而，大部分地球上的需氧氣的複雜生命體被部分的大氣壓力所集中的CO2給限制了。同時，大部分在傳統宜居區域裡的地外行星位於M型紅矮星旁邊。他們的數量遠多於與太陽類似的G矮星，但被預測會製造大量的多種的對於軌道行星大氣層而言有毒的氣體，如一氧化碳。這裡我們展示了HZ施加於需氧的複雜生命體的限制相對而言甚於對微生物的限制。我們使用了1D輻射對流和光化學模型，基於已知的由於有毒物對一系列生命體帶來的限制，帶來的限制，來限制為複雜生命體提供居所的宜居區域（英文縮寫為HZCL），來提供證明的概念。我們發現我們發現對於CO2公差為0.01,0.1,1bar，HZCL只有21%, 32%, 50%，和傳統的依據如同太陽的行星定下標準的宜居區域範圍一樣廣。CO2的集中也許會在整個宜居區域中的一些溫度最低的M型紅矮星中限制一些複雜生命的生存。這些結果給宇宙中可能存在複雜生命，且在搜尋外星生命跡象和技術跡象同時找到的的重要衍生物，帶來了一絲新希望。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. Scott Snowden- inverse-櫛海