太好了，地外液態(tài)水公式誕生：?宜居衛(wèi)星比宜居行星多4倍！

到目前為止，對(duì)地外生命的搜索，主要集中在距離恒星較遠(yuǎn)的行星上，因?yàn)槟抢锏谋砻婵赡艽嬖谝簯B(tài)水。但在我們的太陽系內(nèi)，大部分液態(tài)水似乎都在這個(gè)區(qū)域之外。冷氣體巨星周圍的衛(wèi)星，被潮汐力加熱到熔點(diǎn)以上。因此，如果也考慮衛(wèi)星，其他行星系統(tǒng)的搜索數(shù)量就會(huì)增加。來自SRON和RUG的科學(xué)家，現(xiàn)在已經(jīng)找到了一個(gè)公式來計(jì)算這些“地外衛(wèi)星”中地下海洋的存在和深度。

在尋找地外生命的過程中，到目前為止，目前主要觀察的是距離母星較遠(yuǎn)的類地行星，這些行星的溫度在水冰點(diǎn)和沸點(diǎn)之間。但如果太陽系為例，衛(wèi)星看起來比行星更有希望。例如土衛(wèi)二、歐羅巴以及木星、土星、天王星和海王星的另外六顆衛(wèi)星可能蘊(yùn)藏著地下海洋。它們都在遠(yuǎn)離傳統(tǒng)宜居地帶的地方（表面真的很冷），但它們與宿主行星的潮汐相互作用會(huì)使內(nèi)部升溫，其研究發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》期刊上。

隨著衛(wèi)星進(jìn)入方程式，系外行星獵人，如未來的柏拉圖望遠(yuǎn)鏡-SRON也在研究在尋找生命方面獲得了狩獵場(chǎng)。當(dāng)天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)所謂的地外衛(wèi)星時(shí)，主要的問題是液態(tài)水是否可能存在。來自SRON荷蘭空間研究所和格羅寧根大學(xué)(RUG)的研究人員，現(xiàn)在已經(jīng)推導(dǎo)出一個(gè)公式，告訴我們是否存在地下海洋，以及它有多深。主要作者杰斯珀·特約亞(Jesper Tjoa)說：根據(jù)最常見的定義，我們太陽系有兩顆擁有宜居表面的行星，即地球和火星。

宜居衛(wèi)星比行星多四倍

根據(jù)類似的定義，大約有8顆衛(wèi)星在其表面以下具有潛在的宜居條件。如果將這一定義擴(kuò)展到其他行星系統(tǒng)，那么宜居系外行星衛(wèi)星的數(shù)量可能是系外行星的四倍?？紤]到這一點(diǎn)，Tjoa和他的主管Floris van der Tak(SRON/RUG)和Migo Mueller(SRON/RUG/Leiden天文臺(tái))推導(dǎo)出了一個(gè)公式，提供了海洋深度的下限。其中涉及因素包括衛(wèi)星的直徑，到行星的距離，表面礫石層的厚度，以及下面冰層或土層的導(dǎo)熱系數(shù)。

前兩個(gè)是可以測(cè)量的，另外兩個(gè)必須根據(jù)我們的太陽系進(jìn)行估計(jì)。雖然地下生命比地表生命更難找到，但在不久的將來就有可能獲得信號(hào)預(yù)示。觀測(cè)天文學(xué)家研究穿過系外行星大氣層的星光，例如可以識(shí)別氧氣。當(dāng)將未來的望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)系外行星時(shí)，可能會(huì)看到土衛(wèi)二上的間歇泉，這些間歇泉來自地下海洋。理論上，可以通過這種方式識(shí)別生命的跡象。

研究假設(shè)太陽系是典型的，擁有液態(tài)水系外行星衛(wèi)星的數(shù)量可能會(huì)超過系外行星，如果宜居比例與我們太陽系相似，那么衛(wèi)星將構(gòu)成宇宙中最大數(shù)量的宜居地。我們太陽系中的冰凍衛(wèi)星，如歐羅巴和土衛(wèi)二，已經(jīng)被證明擁有液態(tài)水，這是地球上生命存在的先決條件。研究在什么樣的熱和軌道環(huán)境下，冰凍衛(wèi)星可能會(huì)維持地下海洋，從而“地下宜居”。研究特別關(guān)注潮汐加熱，這可能會(huì)使衛(wèi)星液態(tài)水遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出保守的行星宜居區(qū)。

研究利用現(xiàn)象學(xué)的方法來研究潮汐加熱，計(jì)算了恒星和行星(熱和反射恒星)照明的軌道平均通量。然后計(jì)算了地下溫度，這取決于通過冰殼和一層絕緣層的光照度和熱傳導(dǎo)到表面的溫度。采用純傳導(dǎo)模型，忽略火山作用和冰殼對(duì)流作為內(nèi)部熱量的出口。在這個(gè)過程中，研究確定了冰融化深度和次表層海洋的形成。研究找到了衛(wèi)星物理特性和軌道特性與融化深度之間的解析表達(dá)公式，由于公式直接將冰衛(wèi)星的可觀測(cè)性與融化深度聯(lián)系起來：

使科學(xué)家能夠迅速地對(duì)任何給定的衛(wèi)星融化深度設(shè)定上限，再現(xiàn)了土衛(wèi)二地下海洋的存在；還發(fā)現(xiàn)天王星兩顆最大的衛(wèi)星(泰坦尼亞和奧伯龍)可以很好地維持這樣的存在，模型預(yù)測(cè)土衛(wèi)五沒有液態(tài)水。研究表明：可居住地外環(huán)境可以在整個(gè)行星系中找到，這在很大程度上與到主星的距離無關(guān)。小型冰凍地下宜居衛(wèi)星可能存在于雪線以外的任何地方。在未來的觀測(cè)中，這可能會(huì)將對(duì)外星宜居環(huán)境的搜索范圍擴(kuò)大到星際周邊宜居帶之外。

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博科園｜研究/來自：SRON荷蘭空間研究所

參考期刊《天文學(xué)與天體物理學(xué)》

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