科學家表示，外星生命可能無法在比火星小的系外行星上生存
在類太陽恆星的宜居帶內運行的岩石行星似乎是生命繁衍生息的完美場所，但如果它太小而無法容納自己的大氣層，則情況並非如此。
所以我們可以問自己：小了多少 地球 它可能仍然有令人愉快的氣息 氣氛？一顆系外行星有多小才能維持我們所知的生命？
考慮到這些問題，加州大學行星科學家米歇爾·希爾和她的同事最近模擬了不同大小的岩石世界的大氣層發生的情況。測試世界與地球相似，繞軌道運行 住宅區 像太陽一樣圍繞 星星。事實證明，對於一個世界來說，要保持大氣層足夠長的時間以使生命能夠立足（至少幾十億年），它必須至少有 行進。
縮小生命搜尋範圍
宜居帶——恆星周圍溫度適合液態水在行星表面存在的區域——是尋找外星生命的主要區域。對於系外行星的大氣層來說，這也是一個困難的鄰居，因為行星距離恆星越近，輻射和恆星風試圖剝離大氣層的方式就越多。
這就是為什麼希爾和她的同事最近模擬了像太陽這樣的恆星的宜居帶中各種大小的岩石類地行星失去大氣層需要多長時間。換句話說，地球或類似的行星可以小多少，但仍保留有大氣層？
答案是，一顆支持大氣層的行星的寬度必須是地球的 80% 左右，但從技術上講，它可能高達 60%。這為天體生物學家提供了一條線索，告訴他們在尋找宜居世界和外星生命跡象時應關注哪些行星。
希爾和她的同事寫道：「豐富的系外行星給尋找潛在宜居行星帶來了有趣的挑戰。」 「在恆星宜居帶的眾多目標中，哪些目標是進一步觀察發現的最佳候選目標 傳記？ 「換句話說，天體生物學家現在幾乎有太多的行星可供選擇，但沒有足夠的望遠鏡時間來尋找所有這些行星。所以是時候縮小搜尋範圍了。
實現這一目標的一種方法是找出哪些行星最有可能適合居住——對於我們所知的生命來說，宜居性意味著擁有大氣層。
模擬大氣和火山
希爾和她的同事的「小於地球的宜居性模式」模擬了數位版地球周圍大氣的命運。有些模擬世界與我們的世界一模一樣，但更小，具有相同的化學成分以及相同大小的地核、地函和地殼。其他的碳含量、較大或較小的原子核或不同的初始溫度略有不同。該模型基於兩件事追蹤這些世界在數十億年裡發生的事情：風和恆星輻射從行星大氣層中清除氣體的速度有多快，以及 火山 泵入氣體（主要是二氧化碳）來取代它。
透過這個模型，團隊發現縮小版的地球需要至少是真實地球的 80%（0.8 地球半徑）才能長期維持大氣層。較小的行星失去氣體的速度往往比透過火山爆發補充氣體的速度要快。
這是因為較小的行星具有較小的重力和較弱的磁場來保持其薄薄的氣體包層。它們通常也不會在內部釋放足夠的氣體來補償損失。隨著時間的推移，它們的地函（地殼下的熔融岩漿層）往往會釋放出較少的火山氣體，而它們的上層冷卻和凝固的速度要快得多。後一個過程可以在行星生命週期的更早階段停止火山爆發。
較小的行星升入大氣層
透過改變地球的一些參數，研究小組成功地將行星縮小到地球半徑的 0.6 倍，以維持穩定的大氣層。碳是關鍵：地函中含有更多碳的行星在爆炸時往往會釋放出更多的二氧化碳氣體，而這被證明是行星是否保留其大氣層的最大因素（除了大小之外）。
「二氧化碳是一種重分子，」希爾和她的同事寫道，「這使得它成為一種很難失去的分子。我們專注於純二氧化碳大氣，作為大氣滯留的最佳情況。」當然，這只是一些相對簡單的生命形式的最佳情況，因此您的天體生物學里程可能會有所不同。
比地球含有更多的碳才能對行星大氣層的命運產生重大影響，但由於從理論上講，行星的形成可能含有如此多的碳，因此這是有用的知識。核心相對較小、地函相對較厚的行星在大氣保留方面也有更好的運氣。從大量的放射性元素開始，這些元素會衰變並向周圍的岩石釋放熱量，它們幫助融化了地函並將火山氣體噴向天空。
從一件涼爽的外套開始也有幫助——這聽起來令人驚訝。您可能會認為更熱的地函更有可能將火山氣體釋放到大氣中。然而，較冷的地函需要更長的時間才能真正開始爆炸，這意味著這顆行星將保存在氣體儲層中，直到它的恆星變得更老、更成熟為止。
新生恆星很容易產生劇烈的輻射和等離子體爆發，這些爆發會在火山爆發時迅速掃走火山氣體。由於地函溫度較低，再加上隨後的噴發，地球可以容納更多噴發的氣體。
無空氣世界的第二次機會
較小的世界仍然存在著生命的希望。
即使是完全失去原有大氣層的行星——而不是逐漸被二氧化碳和甲烷等物質取代——也可以獲得第二次機會來建立新的大氣層。
希爾和她的同事提出，行星恢復失去的大氣層的一種方法可能是透過彗星和小行星的撞擊，這些撞擊可以提供氫、氧和碳等不穩定元素。這些元素可以結合形成各種大氣氣體。
如果這種影響發生在恆星系統生命的後期，例如在恆星度過了強烈耀斑的年輕階段之後，那麼它們會特別有益。
希爾和她的同事寫道：“雖然較小的行星在維持大氣層方面面臨更大的挑戰，但我們的模型表明它們可以在適當的條件下形成大氣層，因此即使那些最初失去大氣層的行星也不應該立即被視為潛在的宜居世界。”
接下來怎麼辦？
未來使用小於地球的宜居性模型進行的模擬可以研究被稱為紅矮星的更小、更冷的恆星周圍的世界——像TRAPPIST-1這樣的恆星，它是至少七顆岩石行星的家園，其中三顆位於宜居帶。這些恆星約占我們銀河系恆星的 75%，它們相對暗淡的光線使得像這樣的望遠鏡更容易觀測到。 詹姆斯韋伯太空望遠鏡 （JWST）捕捉星光穿過地球與其主恆星之間經過的行星大氣層的圖像。
希爾和她的同事也希望探索潮汐鎖定行星周圍的大氣發生了什麼，或者潮汐力使內部保持高溫和地震活躍的行星，類似於木星的衛星木衛一。
研究人員於 6 月發表了他們的研究成果 行星科學雜誌。
