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海洋熱量輸送能夠改變宜居行星氣候

2013年12月30日，美國科學(xué)院院刊發(fā)表了北大物理學(xué)院大氣與海洋科學(xué)系教授胡永云與其研究生楊軍博士關(guān)于太陽系外行星適宜生命存在的研究成果。

這篇題目為“The role of ocean heat transport in climates of tidally locked exoplanets around M-dwarf Stars”（海洋在決定紅矮星附近宜居行星氣候狀態(tài)中的作用）的論文中，作者指出，海洋熱量輸送將能夠有效地改變圍繞紅矮星恒星運行的宜居行星的氣候環(huán)境，并能夠極大地改變太陽系外行星適宜生命存在的空間模態(tài)。

“之前沒有人考慮過海洋及其海洋熱量輸送對宜居行星氣候的影響，我們是第一個研究這一問題的?！焙涝圃诮邮芸萍既請笥浾卟稍L時表示，海洋作為一種流體，其流動帶來的熱量輸送對氣候環(huán)境的影響非常重要。

目前一般認(rèn)為，行星的質(zhì)量越大其含水量也越多，而且由于質(zhì)量較大的行星重力作用也大，其表面山峰較低，所以這類行星的表面很可能被海洋覆蓋，沒有陸地或僅有一些小島。胡永云的研究結(jié)果顯示，在“一片汪洋”的行星上，不僅海洋熱量輸送會影響行星氣候，海洋運動還帶來海冰的運動，他認(rèn)為，海冰對恒星輻射的反照率較高，能夠有效地改變行星接收恒星的輻射能量，從而改變行星的宜居性和氣候環(huán)境。

這項研究的目標(biāo)選中的是紅矮星附近的宜居行星，這類行星距離紅矮星較近，由于強(qiáng)烈的引力所用，行星很可能是潮汐鎖相的，也就是行星的一面永遠(yuǎn)面對恒星，而另一面永遠(yuǎn)背對恒星。胡永云表示，對于潮汐鎖相行星來說，我們關(guān)心的熱量輸送主要是自朝陽面向背陽面的。他指出，在溫室氣體的作用下，這種熱量輸送的作用會更明顯，從而改變背陽面的宜居條件。

關(guān)鍵詞解析

宜居行星：宇宙中的超級地球

宜居行星，顧名思義是指適宜類地球生命存在的行星。這類行星不能太大也不能太小，其質(zhì)量需大于地球質(zhì)量的五分之一，但小于地球質(zhì)量的10倍。胡永云解釋，質(zhì)量太小，不足于吸引氣體分子，沒有大氣層；質(zhì)量太大的話，一般是類似海王星、木星等的氣態(tài)星球，也不適宜生命存在。

對于宜居行星的另一個條件限制是表面溫

度，這里也有一個區(qū)間，大于0攝氏度小于70攝氏度。胡永云說，表面溫度小于0攝氏度，行星會完全結(jié)冰，沒有液態(tài)水，例如太陽系的火星；大于70攝氏度，行星進(jìn)入溫室逃逸狀態(tài)，液態(tài)水完全蒸發(fā)進(jìn)入大氣層并被光解，使氫原子逃逸到太空，例如太陽系的金星。這兩種狀態(tài)都不適宜生命存在，所以宜居行星的表面溫度要處在0攝氏度到70攝氏度這個區(qū)間中。上圖所示的藍(lán)色帶狀區(qū)域大致是由這一溫度范圍確定的。

目前所發(fā)現(xiàn)的12顆可能的宜居行星大致滿足這兩個條件。胡永云介紹，但估計其質(zhì)量都比地球質(zhì)量大，所以被稱為超級地球。由于目前的天文觀測技術(shù)無法很好地確定行星的質(zhì)量，也無法確定其大氣成分，是否有海洋存在，因此，我們還無法完全確認(rèn)它們是否是宜居的。