潮汐相鎖：白天不懂夜的黑

“我們的研究主要集中在紅矮星附近的宜居行星。”胡永云告訴科技日?qǐng)?bào)記者，這主要是因?yàn)榧t矮星大約占宇宙總恒星數(shù)量的80%，是數(shù)量最多的一類(lèi)恒星，而且該類(lèi)恒星的輻射溫度為3500K左右，遠(yuǎn)低于太陽(yáng)的輻射溫度6000 K，其宜居行星距離紅矮星較近，易于被探測(cè)到。因此，人類(lèi)很可能首先在紅矮星附近發(fā)現(xiàn)適宜生命存在的行星。

由于圍繞紅矮星運(yùn)行的宜居行星距離母星較近，這就帶來(lái)了另一個(gè)問(wèn)題——潮汐相鎖。胡永云解釋說(shuō)，恒星與行星之間的引力較大，行星很可能是潮汐鎖相的，也就是行星的一面永遠(yuǎn)面對(duì)恒星，為白天，而另一面永遠(yuǎn)背對(duì)恒星，為黑夜。他舉例說(shuō)，就如同月球被地球潮汐相鎖，我們永遠(yuǎn)只能看到月球的一面，而看不到其另外一面。這一行星與其恒星之間特殊的運(yùn)行方式勢(shì)必造成行星的朝陽(yáng)面和背陽(yáng)面之間的加熱不均勻。

由此產(chǎn)生的一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題是，盡管該類(lèi)行星的朝陽(yáng)面溫度適于液態(tài)水存在，但其背陽(yáng)面由于得不到恒星輻射而太寒冷，以至于所有的大氣和水分都被凍結(jié)在背陽(yáng)面，從而不適宜生命存在。

海洋熱量輸送：用我的熱度溫暖你

海洋是一種流體，其流動(dòng)可以把熱量從行星較熱的地方到較冷的地方，這就被稱(chēng)為海洋熱量輸送。胡永云解釋?zhuān)缘厍驗(yàn)槔?，海洋和大氣一起把熱帶的熱量輸送到兩極地區(qū)，使得熱帶不至于太熱，而兩極地區(qū)不至于太冷。在地球上，海洋向兩極地區(qū)的熱量輸送與大氣的熱量輸送作用相當(dāng)，都很重要。他指出，對(duì)于潮汐鎖相行星來(lái)說(shuō)，我們關(guān)心的熱量輸送主要是自朝陽(yáng)面向背陽(yáng)面的熱量輸送。

從研究中建立的模型來(lái)看，潮汐相鎖的行星上，如果在海洋靜止的情況下，朝陽(yáng)面只有部分區(qū)域有液態(tài)水存在，其他均為海冰覆蓋，即使溫室氣體二氧化碳的濃度從355 ppmv （ppmv代表每百萬(wàn)體積單位中CO2的體積含量，相當(dāng)于現(xiàn)在地球大氣中的CO2含量）增加到0.2個(gè)大氣壓，開(kāi)放海洋區(qū)域也沒(méi)有增加太多，背陽(yáng)面地表溫度仍然在零下60攝氏度以下。

但如果考慮動(dòng)力海洋的作用，背陽(yáng)面溫度顯著增加，開(kāi)放海域則可以一直延伸到背陽(yáng)面。當(dāng)二氧化碳濃度增加到0.2個(gè)大氣壓時(shí)，行星表面海冰全部融化，溫度高于0攝氏度。這說(shuō)明海洋環(huán)流和熱量輸送能夠極大地改變宜居行星的氣候環(huán)境和氣候模態(tài)的空間分布。