銀河系最大宜居星球（宜居的系外星球）

2023-06-19 17:33:38 2

地球上生命發展的可能性與衛星的存在有關。但在某些情況下，衛星本身（外衛星）可以成為適合生命存在的地方，即使這顆行星位於恆星的宜居帶之外。行星及其衛星的另一個能源來源可能是兩個物體的引力相互作用產生的潮汐力。

天體生物學家在太陽系中尋找他們的科學主題的主要努力集中在火星上。據信，就「潛在可居住性」而言，它在所有天體中位居第二。但在不久的將來，隨著航天和太空望遠鏡能力的發展，注意力將轉移到太陽系的外圍。我們談論的是「雪線」之外的巨行星（歐羅巴、土衛六、土衛二等）的衛星。在天體生物學中出現了某種二分法：一方面，太陽系內部的石行星在「潛在可居住區」，即與太陽的距離，那裡的溫度允許液態水存在；另一方面，巨行星的冰衛星顯然超出了它的邊界。同樣的二分法顯然會被外推

在系外行星的可居住性方面，它們的衛星、系外衛星可以發揮重要作用。這種聯繫的一個例子就在我們頭頂：月球有利地影響了我們熟悉的生命形式的進化這一事實幾乎是顯而易見的。人們可以爭論衛星引入的各種因素的相對作用（例如，地球自轉軸的穩定，這使得生物體可以在或多或少相同的氣候條件下進化很長時間）。但是外衛星本身可以作為生命起源的潛在場所——這種可能性值得考慮，因為我們已經在關注木星和土星的大型衛星。

在一項新研究中，天體物理學家研究了系外行星衛星的軌道參數與潮汐加熱現象之間的關係。行星及其系外衛星，即兩個或三個天體（一個行星及其兩個衛星）的引力連接如何導致其上的地質過程（特別是火山活動）的激活，而這反過來又可以作為支持生命的能量。

銀河系水平的潮汐力導致相互作用星系的「撕裂」。

在許多情況下，冰雪覆蓋的衛星可以擁有廣闊的冰下海洋。海洋是由潮汐加熱形成的——衛星與其巨行星的引力相互作用。它們的存在是由底部的熱液噴口提供的，這是由於內部活躍的地質過程，例如在地殼和地幔之間的邊界處。來自這些來源的熱量可能足以滿足「行星海洋」的存在和潛在的宜居性。這樣的世界也可以存在於恆星的可居住區之外——它們的內部熱量彌補了恆星輻射能量的不足。在最近一篇關於土星衛星土衛二可能宜居的文章中閱讀更多內容。

近幾十年來，天體生物學家和地質學家認為，大約 45 億年前月球的形成對地球上生命的出現起到了關鍵作用。地球磁場的產生是由於熔化的外核圍繞固體內核以與行星自轉相反的方向旋轉的結果。磁場是保護免受宇宙輻射以及維持穩定大氣的重要機制：沒有它，地球的大氣將逐漸被太陽風帶走，就像火星上發生的那樣。為什麼這個場在地球上被保存下來，但在火星上卻消失了，目前還不清楚。一種似是而非的物理解釋是，由於來自月球的潮汐力，液核的物質已經運動了數十億年——就像海洋中的潮起潮落一樣。

木星及其四個最大的衛星（「伽利略衛星」）。

因此，行星與其衛星（系外衛星）的相互作用會影響兩個天體的潛在可居住性。外星也可以用來分析行星的內部。如果行星的吸引力在衛星上引起潮汐現象，天體的部分變形能量會轉化為熱量，從而加熱月球。這個過程取決於許多因素，包括衛星的大小和內部結構（其巖石在不同深度的組成）。潮汐力還取決於月球的質量、到行星的距離和軌道的伸長率（偏心率）。

如果系統中有幾顆衛星，它們可以相互影響，進入軌道共振，有很多可能的選擇。在這種情況下，軌道偏心率可以取相當大的值，這進一步增強了潮汐加熱的效果。這種效應來自幾個物體運動問題的解決方案，並通過這種引力系統的數學模型得到證實。此外，我們可以觀察到這些效應在木星的許多衛星上的實際實施情況。特別是，它最近的主要衛星木衛一是潮汐加熱的一個很好的例子，很可能通過與其他衛星的共振而放大。軌道共振是衛星的這樣一種配置，其中它們的周期與小整數相關，例如，它們談到 2:1、3:2 共振等。在這種情況下，兩顆衛星以固定的間隔相互靠近，並相互「推」出它們既定的軌道。在一種方法中，傳輸的脈衝可能相對較小，但如果以嚴格定義的間隔推動它們，這種重複的規律性會產生類似於蹺蹺板的擺動的效果。

在這項新工作中，考慮了一顆假設的系外行星的衛星，它們與行星的共振比例為 2:1。行星的大小和類型各不相同，從小型巖石行星和海王星等氣態巨行星到超級木星。在軌道周期為 2 至 4 天地類地行星附近的衛星中觀測到潮汐加熱的最大值。在這種情況下，「潮汐亮度」比木星的衛星 Io 大 1000 倍，潮汐溫度（由於潮汐加熱引起的溫度）達到 480 K（≈207 °C）。

這樣的結果可能會影響進行天空調查以尋找系外行星及其生命跡象的策略。現在，有目的地將外衛星也包括在程序中將是合乎邏輯的。像克卜勒這樣的太空望遠鏡已經登記了許多系外衛星候選者。但是今天，與系外行星不同，這些發現都沒有得到肯定的證實（您可以在連結中的文章中更詳細地了解這個問題）。最有可能的是，在目前的觀測和數據處理技術水平上，這不能達到所需的可靠性水平（在統計意義上）；或者這是可能的，但系外行星及其衛星的位置非常有利，以及該系統的其他參數。

最近的伽利略衛星 Io 上的火山 - 紅外相機圖像。

潮汐加熱可能是檢測系外衛星的新方法的基礎。今天（理論上）可以使用二次過境方法檢測到外衛星。該方法的本質與尋找系外行星的方法基本相同：行星經過其恆星的圓盤前，部分遮擋了它的光線，我們可以將這個下降修復百分之幾。二次凌日或二次日食表明系外行星及其衛星（系外衛星）都在恆星的背景下經過。根據系外衛星的相位，即與恆星相關的配置，系統關閉的光的比例會有所不同。

因此，通過檢查光變曲線中的這些細微變化來發現外衛星（您可以在較早發表的材料中閱讀更多相關信息））。但如果月球被來自其行星的潮汐力強烈加熱，我們可以預期光變曲線的亮度下降會明顯更大。還有另一種效應可以檢測到在望遠鏡中尚不可見的系外衛星。由於相同的潮汐力而變暖的衛星將由於火山作用將更多的揮發性化合物（如鉀或鈉）釋放到太空中——這正是木衛一上發生的情況。因此，系外行星光譜中的鉀線和鈉線是它有衛星的良好信號。

在接下來的幾年裡，像詹姆斯韋伯望遠鏡這樣的下一代望遠鏡將結合光譜測量、紅外成像和複雜的自適應光學算法來探索系外行星的大氣層。另一方面，即使是未來的地面望遠鏡，如智利南歐天文臺的ELT（超大望遠鏡），也將能夠直接拍攝系外行星的照片。同時，他們將有機會研究外衛星的化學「印記」。