科学探索|我们之前对行星宜居条件的猜测也许并不正确我们之前对行星宜居条件的猜

北京时间1月25日，据国外媒体报道，在电影《星球大战：帝国反击战》中，有一颗被冰雪覆盖的星球，名叫霍斯。虽然在电影中，这颗行星上勉强生活着一些生物。但在现实中，那里的生存条件一定非常糟糕，并不适合生命居住，因为所有的水都已冻结成冰。随着系外行星、特别是类地行星的探索不断开展，有个问题也许值得一问：这些冰封的行星有多普遍？生命能否在这些行星上存活？

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图为可能宜居的系外行星比邻星b，围绕红矮星比邻星旋转。

和其它很多问题一样，答案是“看情况” 。根据一支国际天体物理学家开展的最新模拟研究，行星上的水量会在很大程度上影响其变成一颗“冰球”的可能性。对于像地球这样的行星，只要阳光减少8%，就会被彻底冻结。但比较干燥的星球就“坚挺”得多，可以进一步拓宽宜居星球的极限，增加我们发现外星生命的可能性。
我们并不清楚像地球这样的行星有多普遍，尤其是地表水占比与地球类似的行星。也许还要过几十年、再开展大量系外行星搜寻工作，我们才能得到确切的答案。不过在此之前，我们可以利用计算机模拟来分析各类行星的行为和演变方式。
但行星何其复杂。行星上的温度也取决于多种因素。显然，行星接收的光照量非常重要，但行星的反射度也会造成很大影响，因为如果光辐射到达行星表面后、直接反弹回到了太空中，对地表升温将起不到任何帮助。所以大气中的水分含量也很重要，因为水蒸气可以产生温室效应，对地表升温造成显著影响。
以表面陆地居多、液态水较少的行星为例。如果将一颗与地球大小完全相同的陆地行星放在地球轨道上，这颗行星将比地球冷得多，因为大气中水蒸气更少、温室效应也更弱。
但在光照量较低的情况下，陆地行星反而会变得比较温暖，因为其表面云层和雪地较少，反射率较低，因此对阳光的利用率更高。
从地球到霍斯
一支国际天文学家团队对上述思维过程做了极端的推演，研究在光照量改变的情况下、陆地行星的演变过程。结果毫不意外：如果行星温度下降得太多，就会冻结成冰。但他们还发现，与含水量较高的类地行星相比，陆地行星“负隅顽抗”的时间要长得多。
【科学探索|我们之前对行星宜居条件的猜测也许并不正确】问题主要在于水：当行星温度稍微下降时，部分液态水会结冰。由于冰的反射度比水高得多，多出来的这一点冰就可以反射多一点阳光，阻碍阳光到达地表、使行星升温。这样一来，行星的温度又会下降一些，形成更多的冰，反射度也进一步增加。这一过程不断重复，最终将朝着失控温室效应的反方向发展下去，形成“失控冰川效应”，行星就这样变成了一颗巨大的“雪球” 。
此前的研究工作显示，就地球而言，假如我们维持现有的大气二氧化碳浓度，即使接收的阳光量仅下降8%，也足以激活上述灾难循环。事实上，地球历史上也许已经发生过一两次类似现象了。
但陆地行星能坚持的时间更久，主要是因为含水量较少，大部分地表都没有被水覆盖。研究人员在模拟中发现，在一颗二氧化碳浓度与地球相同的陆地行星上，即使光照量只有地球的77%，也不会完全结冰。
宜居的边界
这一逻辑反过来也同样适用。水蒸气是一种关键的温室气体，因此如果太阳热量增加，像地球这样的行星就会演变成金星那样的“炼狱” 。首先，行星温度会不断升高，将更多的水释放到大气中，导致更多热量被困在地表，致使地表温度进一步升高，产生更多水蒸气……失控的温室效应就此产生。这其实正是地球的宿命，再过几亿年，太阳的亮度和热度都将急剧增加，为上述场景打响“发令枪” 。