地球表面上覆蓋著廣闊的海洋。然而天文學(xué)家發(fā)現(xiàn),除了地球之外,許多外星球也存在著海洋,而且許多都頗為怪異,一些甚至都不是由水組成的。下面我們就列舉一些有著怪異海洋的星球,打包好行李,準(zhǔn)備駛向那里的外星海吧! 近鄰上的超臨界海 如今的金星,是一個(gè)干燥、熾熱、高壓的地獄世界,表面平均溫度高達(dá)462℃,大氣壓約為地球的92倍。但金星表面卻有著許多類似峽谷、河床和海床等這樣的地貌,表明金星上在過去曾有液體流淌著??茖W(xué)家仍在爭(zhēng)論究竟是什么類型的液體在金星的表面塑造了這些地貌。水和熔巖是最為流行的候選者。但一些天文學(xué)家認(rèn)為,在古老金星表面上流淌的不是水或熔巖,甚至不是液體,而是超臨界二氧化碳。 當(dāng)你不斷對(duì)物體加熱加壓的話,它最終會(huì)達(dá)到所謂的超臨界點(diǎn),即液體和氣體之間的區(qū)別不再明顯的臨界狀態(tài)。超過該臨界點(diǎn)后,物體就成為一種超臨界流體,同時(shí)具有液體和氣體的一些性質(zhì),但它既不是液體,也不是氣體。 今天金星的大氣層中,超過96%的成分是二氧化碳,如果你想創(chuàng)建一個(gè)超臨界二氧化碳海洋,所需的原料是充足的。你只需要稍稍提高金星大氣的溫度和壓強(qiáng),而金星在過去就滿足這個(gè)條件。天文學(xué)家認(rèn)為,在早期的太陽(yáng)系中,金星表面的大氣壓比今天的高出許多倍,而溫度可能超過了700℃。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了二氧化碳的超臨界點(diǎn),足以使二氧化碳變?yōu)槌R界流體。 所以說,在過去的金星上,可能有著超臨界二氧化碳構(gòu)成的河流、湖泊和海洋。那時(shí)的金星地貌看起來(lái)是什么樣的?事實(shí)上,超臨界二氧化碳在金星表面流動(dòng)起來(lái)跟液體一樣,但它會(huì)包含很多類似肥皂泡泡的泡沫。超臨界二氧化碳對(duì)環(huán)境中溫度和壓強(qiáng)的變化很敏感,所以不同地方所包含的泡沫的數(shù)量和形態(tài)都會(huì)不同,使得超臨界二氧化碳海的表面看起來(lái)很不規(guī)則、均勻。 甲烷扮演液態(tài)水的角色 土衛(wèi)六是土星的最大衛(wèi)星,表面的溫度大約為?179℃。在這種低溫狀態(tài)下,水會(huì)凍成如石頭一樣硬的冰。但在2006年,借助美國(guó)宇航局的卡西尼探測(cè)器,我們第一次發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)六的表面有著河流、湖泊和海洋,有時(shí)還會(huì)下起雨來(lái)。不過,在土衛(wèi)六上流淌著的不是水,而是液態(tài)的甲烷。因?yàn)樵谶@種溫度下,甲烷可以以液態(tài)形式存在??梢哉f,甲烷在土衛(wèi)六上扮演著液態(tài)水的角色。 地球的深海中,存在一些以甲烷為食的細(xì)菌。如果土衛(wèi)六液態(tài)甲烷海中的某些地方包含少量的液態(tài)水,那么就有可能存在一些類似地球上的能分解甲烷等碳?xì)浠衔锏奈⑸??;蛘?,土衛(wèi)六上可能存在著某種新形式的生命,它們不需要水,而是以液態(tài)甲烷為基礎(chǔ)組成。土衛(wèi)六中的大氣沒有氧氣,但包含一些氫氣、乙炔等,那里的生命可以呼吸氫氣而不是氧氣,消耗乙炔而不是葡萄糖,排出甲烷而不是二氧化碳。 甲烷是宇宙中一種常見的物質(zhì),在整個(gè)宇宙中,類似土衛(wèi)六那種遍布液態(tài)甲烷的星球,可能更為普遍。所以,除了尋找液態(tài)水以外,尋找液態(tài)甲烷也是尋找外星生命的一個(gè)重要線索。一些天文學(xué)家還提出了所謂的液態(tài)甲烷宜居區(qū),即一個(gè)行星系統(tǒng)中存在液態(tài)甲烷的區(qū)域。例如,距離地球20多光年有一顆叫做格利澤581的紅矮星,它的液態(tài)甲烷宜居區(qū),大約位于距恒星1億到2.5億千米之內(nèi)的范圍內(nèi)。格利澤581周圍有四顆已知的行星,兩顆可能存在的行星。其中一顆可能存在的行星,就位于液態(tài)甲烷宜居區(qū)里,離恒星約1.2億千米。 一半是巖漿海 巨蟹座55e是一顆離地球大約41光年的系外行星,質(zhì)量和密度分別是地球的7.8倍和2倍。它與它的恒星巨蟹座55A距離比較近,于是就被潮汐鎖定了。也就是說,巨蟹座55e總是同一個(gè)面朝著恒星,就像月球總是同一個(gè)面朝著地球那樣。巨蟹座55e向陽(yáng)面的溫度高達(dá)2480℃。在這種高溫下,該行星的表面會(huì)完全熔化,整個(gè)半球?qū)⑹菐r漿構(gòu)成的海洋。 巨蟹座55e另一面的溫度大約為1100℃,應(yīng)該能存在一些固態(tài)的巖石,甚至還可能存在一點(diǎn)點(diǎn)大氣。根據(jù)美國(guó)斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡獲得的數(shù)據(jù),巨蟹座55e上的熱量,一部分是來(lái)自自身內(nèi)部。這很不尋常,因?yàn)橥ǔG闆r下,被潮汐鎖定的行星的構(gòu)造活動(dòng)一般都已經(jīng)停止了,不該產(chǎn)生那么多的熱量。天文學(xué)家推測(cè),這可能是周圍其他行星的引力作用對(duì)它的不斷擾動(dòng),導(dǎo)致它的構(gòu)造活動(dòng)一直處于活躍狀態(tài),進(jìn)而導(dǎo)致其內(nèi)部產(chǎn)生了很多熱量。 巨蟹座55e不是宇宙中唯一的巖漿世界。位于麒麟座、距離地球約390光年的地方,也有一顆巖漿行星,叫做柯洛7b。該行星的軌道十分靠近其母星,也被潮汐鎖定了。但在周圍行星的引力影響下,柯洛7b的板塊構(gòu)造活動(dòng)也很活躍,內(nèi)部也產(chǎn)生了很多熱量,所以柯洛7b的表面溫度也很高。向陽(yáng)面溫度約為2200℃,有著巖漿構(gòu)成的海洋;背陰面的溫度卻很低,約有-212℃,但那里卻有持續(xù)不斷的火山噴發(fā)。 整個(gè)星球全是熱水 在蛇夫座那里,有一顆離地球約42光年遠(yuǎn)的行星,叫做格利澤1214b,質(zhì)量大約為地球質(zhì)量的6倍,圍繞著一顆叫做格利澤1214的紅矮星。這顆行星表面沒有任何陸地,全都是水,但是這里可完全不適合游泳。因?yàn)榕c它的恒星靠得太近了,導(dǎo)致這顆水行星處于高溫的狀態(tài)下。該行星上層大氣看起來(lái)很正常,是我們熟悉的云氣,但溫度高達(dá)280℃。再往下,氣溫和氣壓開始增強(qiáng),水開始進(jìn)入一種奇異的形式。 在地球上,我們可以在實(shí)驗(yàn)室中制造出溫度超過374℃、壓強(qiáng)超過22.1兆帕的環(huán)境,能使得水變?yōu)槌R界流體。而在格利澤1214b的云層之下,溫度和壓強(qiáng)已經(jīng)達(dá)到了超臨界點(diǎn),水會(huì)成為超臨界流體,形成一個(gè)遍布全球的超臨界水海洋。 再往下,溫度會(huì)更高,許多水會(huì)被電離,進(jìn)入等離子體狀態(tài)。等離子體水也同時(shí)具有液態(tài)和氣態(tài)的一些性質(zhì),但它比超臨界水的密度更大,而且非常導(dǎo)電。恒星中大部分的氣體其實(shí)都是等離子體,但太陽(yáng)的等離子氫的溫度極高,大約有5500℃。相對(duì)來(lái)說,格利澤1214b等離子體水比較涼爽,只有約3700℃。 那么,這么熱的行星上,為何有這么多的水呢?事實(shí)上,格利澤1214行星系統(tǒng)形成的時(shí)候,圍繞恒星周圍的物質(zhì)就包含大量的冰和水,而格利澤1214b最初是在行星系統(tǒng)外圍誕生的,之后它開始向內(nèi)遷移并穩(wěn)定在離恒星很近的地方。 鉆石星球上的瀝青海 2008年發(fā)現(xiàn)的WASP-12b是一顆氣態(tài)巨行星,距離地球約1100光年,質(zhì)量大約是木星的1.5倍。但它與所圍繞的恒星WASP-12很近,公轉(zhuǎn)一周只需大約地球上的一天。在恒星的照射下,該行星表面溫度高達(dá)2250℃。不過最特別的地方在于,WASP-12b是我們所知道的唯一一顆碳含量要高于氧的行星,而地球的氧含量大約是碳的兩倍。天文學(xué)家認(rèn)為,WASP-12b應(yīng)該是一顆富含碳的星球。 雖然WASP-12b不是巖石行星,而是類似木星那樣的氣態(tài)行星。但在WASP-12行星系統(tǒng)中,富含碳有可能是個(gè)普遍現(xiàn)象。那里可能就有富含碳的巖石行星或衛(wèi)星。富含碳的巖石星球上,會(huì)有著完全不同的地質(zhì)情況。地殼可能不是由花崗巖、片麻巖等巖石構(gòu)成的,可能是由金剛石和石墨構(gòu)成的,地表還會(huì)有由瀝青這種粘稠液體構(gòu)成的江河湖海。 事實(shí)上,地球上某些地方的地貌就類似上面的情況,雖然規(guī)模比較小。在加勒比海的特立尼達(dá)拉島上,有一個(gè)面積約40公頃、深度約75米的湖,但湖里裝的不是水,而是天然瀝青。據(jù)推測(cè),這個(gè)湖位于兩個(gè)斷層的交界處,沉積在深層的石油被擠壓上來(lái)。石油中較輕的成分蒸發(fā)掉了,剩下了較重的粘稠的瀝青,最終形成了這座湖。 地球其他地方的瀝青湖的形成機(jī)制也與之類似。而且每一座瀝青湖,都有一個(gè)繁榮的微生物生態(tài)系統(tǒng)。瀝青湖中水十分少,但仍有許多微生物借助這點(diǎn)水存活下來(lái),包括依靠碳?xì)浠衔锎婊畹墓偶?xì)菌,依靠氧化硫和亞硝酸鹽存活的細(xì)菌,以及一種只出現(xiàn)在瀝青湖里的真菌。通過研究地球上的瀝青湖,我們可以借此推測(cè)出其他星球的瀝青海中,可能會(huì)有什么樣的外星生命。 |
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