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奎克 美國宇航局科學(xué)家在銀河系與系外行星中，海洋與火山并不少見

最近，美國宇航局科學(xué)家發(fā)表論文指出：在多達(dá)4千多顆系外行星，和我們所處的銀河星系中的不少行星，可能存在有類似于我們太陽系中的木衛(wèi)二和土衛(wèi)二的水-冰地殼構(gòu)造的海洋。
木衛(wèi)二，又稱為“歐羅巴”（英語：Europa），是木星的衛(wèi)星之一，由伽利略于1610年發(fā)現(xiàn)。木衛(wèi)二稍微比月亮小，主要由硅酸鹽巖石構(gòu)成，并具有水-冰地殼；有稀薄的大氣層，主要由氧氣組成；表面有大量裂縫和條紋。如下圖所示由伽利略號所拍攝的木衛(wèi)二真色圖像，深色區(qū)域是水冰表面礦物含量較高的區(qū)域。
土衛(wèi)二，又稱為“恩賽勒達(dá)斯”（Enceladus），是土星的第六大衛(wèi)星。2014年，美國宇航局局宣布，卡西尼探測號發(fā)現(xiàn)了土衛(wèi)二南極地底存在液態(tài)水海洋的證據(jù)，海洋厚度約為10公里。如下圖所示卡西尼號探測器飛過土衛(wèi)二時所拍攝的水汽羽流。
專門研究火山和海洋世界的美國宇航局行星科學(xué)家、琳娜-奎克（Lynnae Quick）認(rèn)為，有多達(dá)4千多顆已知銀河系外行星與我們太陽系外行星具有會類似于木星和土星衛(wèi)星的一些海洋區(qū)域。
她說：“從木衛(wèi)二和土衛(wèi)二噴出的水柱，所以我們可以說有些東西存在于這些表層冰殼下的海洋中，它們具有驅(qū)動這些水汽的能量，這是我們所知道的生命的兩個要求，” “因此，如果我們認(rèn)為這些地方可能適合居住，那么其他行星系統(tǒng)中較大版本的地方也可能適合居住。”
通過對數(shù)十個系外行星的分析，奎克和她的團(tuán)隊認(rèn)知到一些重要的東西：他們研究的系外行星的四分之一以上可能有海洋世界，其中大部分可能是隱藏在地表冰殼下的海洋，類似于木衛(wèi)二和土衛(wèi)二。
【 奎克|美國宇航局科學(xué)家在銀河系與系外行星中，海洋與火山并不少見】科學(xué)家也許有一天能夠通過測量系外行星散發(fā)的熱量，或檢測行星大氣中分子發(fā)射的光的波長中的火山爆發(fā)或低溫火山爆發(fā)，這些火山爆發(fā)是液體或蒸氣而不是熔融的巖石，來檢驗奎克的預(yù)測。
目前，科學(xué)家們無法看到系外行星的許多細(xì)節(jié)，它們離得太遠(yuǎn)了，被星光所淹沒。但是通過分析目前唯一可用的信息：系外行星的大小、質(zhì)量和距恒星的距離，像奎克和她的團(tuán)隊這樣的科學(xué)家，可以通過利用數(shù)學(xué)模型來對太陽系的理解，與嘗試設(shè)想系外行星是否具有宜居的可能性。
這些數(shù)學(xué)模型中的假設(shè)是有根據(jù)的猜測，它們可以幫助科學(xué)家縮小范圍，以尋找有利于生命的地方，以便美國宇航局的韋伯太空望遠(yuǎn)鏡或其他太空任務(wù)得以跟進(jìn)。
為了尋找可能的海洋世界，奎克和她的團(tuán)隊選擇了53個系外行星，它們的大小與地球最相似，盡管它們的質(zhì)量可能高出八倍。科學(xué)家認(rèn)為，這種大小的行星比氣態(tài)的行星更堅固，因此更有可能在其表面或下方支撐液態(tài)水。自從奎克和她的團(tuán)隊于2017年開始研究以來，至少發(fā)現(xiàn)了30個符合這些參數(shù)的行星，該分析發(fā)表在昨天的《美國天文學(xué)會學(xué)刊》上。
在確定了如地球相似的具有宜居可能性的行星之后，奎克和她的團(tuán)隊試圖確定每個可以產(chǎn)生多少能量并以熱量的形式釋放出來。研究小組考慮了兩個主要的熱源。首先是放射熱，是數(shù)十億年以來行星地幔和地殼中放射性物質(zhì)緩慢衰減產(chǎn)生的。衰減的速度取決于行星的年齡和地幔的質(zhì)量。過去已經(jīng)為如地球大小的行星確定了這些關(guān)系。因此，奎克和她的團(tuán)隊將衰減率應(yīng)用于他們的53個行星列表中，假設(shè)每個行星的年齡與恒星相同，并且其地幔所占的比例與地球地幔所占的比例相同。
接下來，研究人員計算了由其它物質(zhì)產(chǎn)生的熱量：潮汐力，即當(dāng)一個物體繞另一個物體運行時，由引力產(chǎn)生的能量。處于伸展軌道或橢圓軌道的行星在繞其旋轉(zhuǎn)時會移動其自身與恒星之間的距離。這導(dǎo)致兩個星體之間的引力發(fā)生變化，并使行星伸展，從而產(chǎn)生熱量。最終，熱量通過表面散失到空間中。
熱量的一種排出途徑是通過火山或冰晶；另一種途徑是通過構(gòu)造地質(zhì)，這是負(fù)責(zé)行星或月球最外層巖石或冰層運動的地質(zhì)過程。無論以哪種方式散發(fā)熱量，知道一個行星排出多少熱量都是很重要的，因為它可能導(dǎo)致或破壞可居住性。
參考：
“Forecasting Rates of Volcanic Activity on Terrestrial Exoplanets and Implications for Cryovolcanic Activity on Extrasolar Ocean Worlds”, 18 June 2020. DOI: 10.1088/1538-3873/ab9504“A radiogenic heating evolution model for cosmochemically Earth-like exoplanets”. DOI: 10.1016/j.icarus.2014.08.031

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