宇宙漫漫长寂寞,只怪行星水太多

作者: 心月

来源: 中科院高能所

发布日期: 2021-09-13 12:12:31

费米悖论提出外星智慧生命存在的高概率估计与缺乏证据的矛盾,水世界假说认为许多系外行星由于水过多而不利于生命发展,这一理论反映了我们对系外行星认识的增长,并引发了哥白尼原理与人择原理的争论。

费米悖论,是恩里科·费米提出的一个基本假设,它是基于宇宙的漫长年龄和庞大的星体数量,经过一系列的计算后发现——地外文明存在性的过高估计,与缺少地外文明存在的相关证据相矛盾。于是在1950年夏天的某个午餐的闲谈中,费米提出了"外星人它们都在哪里?"的著名问题。简单来说,费米悖论指的是外星智慧生命(extraterrestrial intelligence, ETI)存在的高概率估计和缺乏明显的证据。

那么今天,我们来研究费米悖论的又双叒叕一种可能性——许多行星的水都太多了!这叫做"水世界假说",这个理论认为,许多系外行星是"水世界",在那里,水是如此丰富,以至于生命不太可能出现和发展。"水世界"一词用来描述表面有大量的水的陆地(岩石)行星,这些行星的水构成了它们的主要的质量和组成部分。水世界假说的核心,是关于我们的宇宙中生命存在条件的关键假设。

以我们地球,以及所有在地球上进化的物种为参考,科学家们不得不假设,水是生命存在的关键成分。在所有已知的溶剂中,水是生命能生存的唯一溶剂,地球上几乎所有已知的生物都依赖水而生存。这提出了一个关于搜寻地外生命的基本观点:在寻找外星生命的过程中,水被视为一种"生物特征"。当然,理论上说,水过多地存在也会干扰生命发展的一些至关重要的过程。

近年来,天文学家也观察到有迹象表明,水在行星的质量和组成中所占的比例可能比以前认为的还要大。一方面,调查发现,许多在恒星的宜居带(HZ)内运行的系外行星似乎完全被水覆盖。同时,在过去的十年里,还有大量属于m型(红矮星)恒星系统的岩石行星。包括比邻星b——离太阳系最近的系外行星(4.24光年),它的轨道以其恒星的宜居带为单位。

对于寻找生命来说,不太可能有很多系外行星是水世界。例如,水的质量高达50%的行星,其海洋深度可能达到几公里。也就是说,这些行星将由位于岩石核周围的高压冰层之上的液态海洋组成。岩石内核和海洋表面之间的冰会阻止通过地热活动进行的能量交换。在地球上,地核-地幔边界的地热喷口被认为是生命出现的关键。在像木卫二和其他冰质卫星这样的海洋星球上,这种活动被认为是海洋中任何生命存在的必要条件。

虽然科学家们不能完全确定水世界是否真的无法维持生命,以及水世界在太阳系以外的行星中所占的比例是否足够多,但这个假设确实反映了近年来我们对系外行星的认识有了显著增长。这也提醒我们,哥白尼原理与人择原理之间的争论远未结束。

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