金星一样的世界在“宜居”区域中令人惊奇的常见

By Paul Sutter 

2022/5/6

Search For Life

一幅来自由先驱金星轨道飞行器和麦哲伦使命收集数据编制的金星图像，两者都在1990年代初结束。 (Image credit: NASA/JPL-Caltech)

地狱般的行星金星以它的令人难以置信的厚厚大气层、压倒的高气压和热的足以融化铅的表面温度而闻名。换句话说，它有某些在整个太阳系中最不适合居住的表面条件。

但按照“宜居带”的标准定义，金星位于这个“金发姑娘”区域内。这是因为目前对宜居带的定义仅检查到达一颗行星的阳光量。如果它太多或太少，那么液态水不能在地表存上存在，这样这颗行星不是一个生命的好候选。按照这个简单的标准，金星是适宜居住的，也就是说，它能潜在地支持液态水。但显然的它不是的。因此这是否使金星一样的行星罕见或者我们应该开始质疑我们的定义呢？

用类似金星的行星大气层演化的简单模型的新研究已经发现这些世界令人可怕

失控的温室

天文学家并不完全确定金星很久以前什么出了错。没有表面的详细测量，我们只留下来猜测这颗行星怎样原来是如此令人讨厌的。

由于金星的大小与地球大致相同，并且在大致相同的邻居中形成，许多行星科学家相信金星始于与我们自己的行星相当的相似，所有重要成分的量几乎相同：碳，氧，硅......和水。很有可能，金星一开始在它的表面上有水池------ 甚至海洋------液态水，包含在一个愉快的大气层中。

     然后，有些事情除了非常非常错误。

也许一个长时间的活跃火山活动超过修复增加起金星的大气层。也许这只是太阳的正常进化，它的不断增加的光照蒸发表面上的所有水。或者也许这是某些我们还不了解的过程。

无论这个确切的机制，金星都经历了一个失控的温室效应。随大气压力的每次增加，温度都会上升，这将甚至驱赶更多的气体进入空气，在一个灾难性的循环中吃掉彼此。一旦有足够的气体最终进入大气层，金星就不能够冷却掉，困住几乎所有它从太阳接收到的辐射。结果，海洋干涸了，将所有的水送入大气层，在那里它最终泄漏进太空，再也没有回来。

如果在那些原始海洋中有任何生命，它肯定不再正在过好日子。

生活的世界

在我们寻找可居住世界中，我们的第一步是识别位于它们恒星可居住区域中的行星，因为那是地球位于与它的环绕太阳的轨道的地方，而地球是我们知道宇宙中唯一已知拥有生命的地方。是的，在那里可能有其他形式的生命。但地球一样的生命是我们最容易识别的那种，因此它很容易成为目标。

但行星是复杂的，这使得很难为宜居带提供一个简单的定义。金星在它的表面上应该有水，它接收到恰到好处使它成为可能的阳光。但是，由于这颗行星的超厚大气层，表面上的温度太灼热不能支持任何液体（除了铅，铅虽然有些畏人的，但不是很吸引人）。

现在，一组研究人员已经试图来找到地球一样行星和金星一样行星之间的分界线。在最近发表在预印本数据库arXiv上的一篇论文中，他们采用了一个相对简单的行星大气层模型以及这些行星将从不同种类的恒星接收的辐射类型。

对于每种设置，有不同种类的恒星和围绕这些恒星的不同轨道，研究人员从一个类似地球的大气气体混合物（主要是氮气，带有一点二氧化碳）开始，并慢慢增加二氧化碳的量来模仿一个失控温室效应的开始。然后，他们让这个模型演变，来看随着时间的推移大气的构成会发生什么变化。

他们宣布了当模型爆炸时一颗模型行星“像金星一样”，一个真正的失控开始了。如果模型行星稳定并自我调节，避免一个失控的场景，他们将它指定为“地球一样”并且仍在可居住区内。

恶魔的陈腐

研究人员发现了类似金星的世界令人惊奇的常见，可居住区的大片是潜在的生命的禁区。

例如，环绕一颗类似太阳的恒星，传统的宜居带从地球轨道半径的95%延伸到167%。但这些模型发现了“金星带”的外缘达到了地球轨道的135%，这意味着我们的星球有一天可能会经历它自己的失控温室效应！

F型恒星有太阳的1.0到1.4倍的质量，表现最好，有大约40%的可居住区幸存。小红矮星的表现最差，因为它们在红外波段中发射它们的大部分辐射，这些辐射很容易被大气层气体锁掉。对于这些恒星，金星区域消耗了可居住区除最外边缘之外的所有边缘。

然而，并没有丧失所有的希望。这些模型是简单的，而行星是复杂的。并非每个能够进入一个失控温室循环的行星都被迫这样做。有趣的大气混合物、来自行星磁场的保护，额外的水或板块构造的量可能会改变这颗行星的轨迹。并非每个金星一样的行星都注定要成为一个地狱般的世界，但当寻找地球一样的行星时我们必须小心谨慎。