跨学科方法对于寻找其他世界的生活至关重要

作者:汪氢

<p>Kepler-186f的例证,这是在恒星可居住区内发现的第一颗地球大小的行星科学家现在知道成千上万的系外行星,但我们的知识有限,因为我们还不能直接看到它们信用:NASA Ames / SETI Institute / JPL -Caltech对地球以外生命的追求正在掀起创造力和创新的激增在过去二十年中,在系外行星发现的淘金热之后,是时候应对下一步:确定哪些已知的系外行星适合生命科学家来自美国国家航空航天局和两所大学在天体物理学,地球科学,太阳物理学和行星科学等领域展示了致力于这一任务的新成果 - 展示了跨学科方法如何在其他世界寻找生命至关重要 - 在美国地球物理联盟的秋季会议上2017年12月13日,位于路易斯安那州新奥尔良市“宇宙中潜在的可居住房地产已经大大扩展,”Giada Arney说道</p><p>美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的天体生物学家“我们现在知道成千上万的系外行星,但我们对它们的了解是有限的,因为我们还不能直接看到它们”目前,科学家们大多依靠间接方法来识别研究系外行星;这样的方法可以告诉他们一颗行星是否像地球一样,或者它与它的母星有多接近但是这还不足以说明一颗行星是否真正适合居住或适合生命 - 为此,科学家必须最终能够直接观察系外行星直接成像仪器和任务设计正在进行中,但与此同时,Arney解释说,科学家们正在利用已经可以使用的工具取得进展</p><p>他们正在构建计算模型来模拟可居住的行星可能是什么样子以及它们如何相互作用与他们的母星一起验证他们的模型,他们正在寻找我们自己的太阳系内的行星,作为系外行星的类似物我们可能有一天发现它当然包括地球本身 - 我们最了解的星球,也是我们唯一的星球知道这是可居住的“在我们对其他世界的生命追求中,科学家从整体意义上考虑系外行星是很重要的 - 也就是说,从多个圆盘的角度来看iplines,“Arney说”我们需要这些多学科研究来检查系外行星是由多个天体物理,行星和恒星过程形成的复杂世界,而不仅仅是天空中的遥远点“将人类开始收集第一个研究地球作为系外行星”系外行星的直接图像,即使是最近的图像也会显示为少数几个像素我们可以从一小部分像素中学到关于行星生命的东西吗</p><p>加州大学河滨分校的系外行星专家斯蒂芬凯恩提出了一种方法,使用美国国家海洋和大气管理局的深空气候观测站上的美国宇航局地球多色成像相机回答这个问题,或者DSCOVR凯恩解释说他和他的同事们采用DSCOVR的高分辨率图像 - 通常用于记录地球的全球天气模式和其他气候相关事件 - 并将其降级为仅几个像素的图像Kane通过试图模拟干扰的噪声滤波器运行DSCOVR图像预期来自一个系外行星任务左,一个来自DSCOVR-EPIC相机的地球图像右,相同的图像降级到3×3像素的分辨率,类似于研究人员将在未来的系外行星观测中看到的信誉:NOAA / NASA / DSCOVR“从少数几个像素中,我们尽可能地提取尽可能多的关于地球的信息,”凯恩说“如果我们能够为地球准确地做到这一点,我们可以为其他恒星周围的行星做到这一点“DSCOVR每半小时拍一张照片并且它已经在轨道上运行了两年其超过30,000张图像是迄今为止空间全盘观测的最长连续记录存在通过观察当大部分土地与大部分水相比时地球的亮度如何变化,凯恩已经能够逆向地设计地球的反照率,倾斜度,旋转速率甚至季节变化 - 这一点尚未直接测量系外行星 - 所有这些都可能影响地球支持生命的能力 寻找其他的通道科学家使用地球作为可居住行星的案例研究的方式很多,他们也使用太阳系内的行星 - 因此他们更熟悉的行星 - 作为使行星无法居住的原因的研究凯恩也研究地球的姊妹星球金星,表面温度为华氏850度,大气层充满了硫酸 - 表面上有沼泽,地球的压力是地球的90倍,因为地球和金星的尺寸非常接近,但它们的前景却如此不同</p><p>可居住性,他有兴趣开发区分其他行星系统中的地球和金星类似物的方法,作为识别潜在可居住的陆地行星的一种方式Kane解释说他通过定义“维纳斯区”来确定NASA开普勒数据中的金星类似物,“行星曝晒 - 某个行星从其主星处获得多少光线 - 在大气层中起着关键作用温室气体循环“地球和金星的命运以及它们的气氛相互联系在一起,”凯恩说:“通过寻找类似的行星,我们试图了解它们的演化,并最终发展出行星的最终结果是金星 - 喜欢hellscape“自从地球,右边和金星,左边,它们的大小如此接近,但在可居住性方面却如此不同”,加州大学河滨分校的系外行星专家斯蒂芬凯恩有兴趣开发方法区分其他行星系统中的地球和金星类似物,作为识别潜在可居住地球行星的一种方式学分:美国宇航局/ JPL-Caltech / Ames模拟星球 - 星球相互作用当凯恩谈到行星时,戈达德太空科学家凯瑟琳加西亚 - 塞奇专注于行星与主星相互作用的方式科学家还必须考虑主星和行星的电磁环境的质量 - 它可以保护它免受苛刻恒星辐射 - 阻碍或帮助居住可能性地球的磁场,例如,保护大气免受强烈的太阳风,太阳不断涌出的带电太阳能材料,可以在一个叫做电离层逃逸的过程中去除大气气体Garcia-Sage所描述的研究在Proxima b上,一颗四光年远的系外行星,已知存在于其红矮星Proxima Centauri的居住区内,但仅仅因为它位于可居住的区域 - 距离恒星的正确距离行星的表面 - 并不一定意味着它是可居住的虽然科学家还不能确定Proxima b是否被磁化,但是他们可以使用计算模型来模拟类似地球的磁场在系外行星近距离轨道上保护其大气的程度</p><p>经常产生猛烈的恒星风暴这种风暴对特定行星的太空环境的影响是集体的被称为太空天气“我们需要了解一个行星的太空天气环境,以了解一颗行星是否适合居住,”Garcia-Sage说:“如果这颗恒星过于活跃,它会危害大气层,这对于提供液态水是必要的</p><p>但是一条细线:有一些迹象表明,恒星的辐射可以为生命创造积木“一颗红矮星 - 我们银河系中最常见的恒星类型之一 - 就像Proxima Centauri在极端紫外线辐射电离大气气体时会消除大气层产生大量带电粒子,沿着磁力线可以流入太空</p><p>在这个例子中,来自活跃的红矮星的极紫外光导致离子从系外行星的大气中逃逸</p><p>信誉:美国宇航局的戈达德太空飞行中心科学家计算了如何根据美国宇航局钱德拉X射线天文台的观测结果,Proxima Centauri平均产生的辐射很多科学家们发现,他们的类似地球的行星遇到的极光紫外线辐射比太阳加西亚 - 塞奇的地球大几倍,她的同事设计了一个计算机模型来研究一个类似地球的行星 - 与地球的大气层,磁场和重力 - 在Proxima b的轨道上可以保持其大气层它们检查了驱动电离层逃逸的三个因素:恒星辐射,中性大气的温度和极顶的大小,即逃逸发生的区域 科学家表明,在Proxima b可能存在极端条件的情况下,地球可能在1亿年内失去相当于地球大气层的数量 - 这只是Proxima b到目前为止40亿年的一小部分,即使在最好的情况下场景,大量逃离超过20亿年,完全在地球的一生中火星,研究太空行星的实验室虽然加西亚 - 塞奇谈到磁化的行星,科罗拉多大学博尔德分校的行星科学家大卫大脑谈到了火星 - 一个没有磁场的行星“火星是考虑系外行星的一个很好的实验室,”Brain说:“我们可以利用火星来帮助限制我们对各种岩石系外行星的思考,我们还没有观察到它们”Brain的研究使用了美国宇航局的观测结果火星气氛和挥发性进化,或MAVEN,提出这样一个问题的任务:如果它围绕另一种恒星运转,火星会如何进化</p><p>答案提供了有关岩石行星(与我们自己的行星不同)在不同情况下可能发生不同变化的信息据认为,火星曾经携带水和气氛,可能使它适合地球般的生活但是火星失去了大部分的气氛</p><p>通过各种化学和物理过程的时间 - 自从2013年底推出以来,MAVEN在地球上发现了类似的大气损失,他是MAVEN的共同研究人员,他和他的同事将MAVEN的见解应用于假设模拟类似火星的行星轨道一颗M级恒星 - 通常被称为红矮星在这个想象的情况下,这颗行星的紫外线辐射会比真实的火星大约多5到10倍,这反过来会加速大气逃逸到更高的速率</p><p>他们的计算结果表明行星的大气层可能会失去三到五倍的带电粒子和大约5到10倍的中性粒子大气损失表明,在一个安静的M级恒星的可居住区域的边缘,而不是我们的太阳,可以将地球的可居住时间缩短大约5到20倍</p><p>以获得相同数量的星光当火星从我们的太阳接收时,围绕M型红矮星运行的行星必须定位得更靠近它的恒星,而不是水星到太阳星座:美国宇航局的戈达德太空飞行中心“但我不会放弃对岩石的希望行星绕M轨道运行,“大脑说”我们选择了最糟糕的情况,火星是一颗小行星,没有磁场,所以太阳风可以更有效地去除它的大气层我们还选择了一个没有地质活动的火星,所以没有内部的大气源如果你改变了任何一个因素,这样的行星可能会更加幸福“这些研究中的每一个都只贡献一个更大的难题 - 确定我们应该寻找的特征,并需要识别为了寻找一个可能支持生命的星球,这种跨学科的研究奠定了基础,以确保随着开发更明确地观察系外行星的新任务,我们将准备好确定它们是否只能维持生命来源: Lina Tran,Karen Fox,Elizabeth Zubritsky,Carol Rasmussen,....