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在安托万·德·圣-埃克苏佩里经典中篇小说《小王子》(The Little Prince)中，这位名义上的王子生活在一颗房子大小的小行星上，如此之小，只要把椅子挪几步，他就可以在一天中的任何时间观看日落。当然，在现实生活中，微小的天体不能支持生命，因为它们没有足够的引力来维持大气。但多小才算太小，不适合居住呢？在最新的一篇研究论文中，哈佛大学研究人员描述了一种新的、更低宜居行星大小的标准限制。以便长时间保持地表液态水，将所谓的宜居区或“金发地带”延伸到小型低引力行星。
这项研究扩大了宇宙中生命的搜索范围，并揭示了小行星上大气演化的重要过程，其研究发表在《天体物理学》期刊上。第一作者Constantin Arnscheidt‘18说：当人们想到宜居区的内外边缘时，倾向于只在空间上考虑它，这意味着行星离恒星有多近。但实际上，还有许多其他变量影响宜居性，包括质量。根据行星大小设定宜居下限，这给我们持续寻找适合居住的系外行星和外星生命带来了一个重要的限制。
一般而言，如果行星能够保持表面液态水（而不是冰冻水）足够长的时间来让生命诞生和进化。保守地说大约需要10亿年左右，行星就被认为是适宜居住的。天文学家在特定类型恒星的特定距离内寻找这些适合居住的行星，比太阳更小、更冷、质量更低的恒星，其宜居区比更大、更热的恒星要小得多。
宜居区的内缘是由一颗行星在失控的温室效应导致所有地表水蒸发之前离恒星有多近来定义的。但是，正如Arnscheidt和他的同事所证明的那样，这个定义不适用于小的，低重力的行星。失控的温室效应发生时，大气吸收了更多热量，这些热量可以辐射回太空，阻止地球冷却，最终导致不可阻挡的变暖，最终使海洋变成蒸汽。然而，当行星变小时，会发生一些重要的事情：当它们变暖时，大气层向外扩展，相对于行星的大小变得越来越大。
这些大的行星大气层增加了热吸收和辐射，使行星能够更好地保持稳定温度。研究人员发现，大气膨胀可以防止低引力行星经历失控的温室效应，使它们能够在靠近恒星的轨道上保持表面液态水。然而，当行星变得太小时，它们会完全失去大气层，液态的地表水要么冻结要么蒸发。研究证明，存在一个临界尺寸，低于该临界尺寸的行星永远不可能适合居住。
这意味着可居住区域不仅在空间上是有界限的，而且在行星大小上也是有界限的。研究发现，临界大小约为地球质量的2.7%，如果一个行星的质量小于地球质量的2.7%，它的大气层就会在它还没有机会形成表面液态水之前逃逸，就像今天的彗星一样。与此相关的是，月球为地球质量的1.2%，水星为5.53%，研究人员还能够估计这些围绕某些恒星的小行星宜居区。为两种不同类型的恒星建立了两个场景：像太阳一样的G型恒星和狮子座红矮星的M型恒星，研究人员解决了太阳系中另一个长期存在的谜团。
天文学家长期以来一直想知道，如果太阳辐射增加，木星的冰冷卫星木卫二、木卫三和木卫四是否适合居住。根据这项研究，这些卫星太小，无法维持表面液态水，即使它们离太阳更近。海洋环境科学和工程副教授、该研究的资深作者罗宾·华兹华斯(Robin Wordsworth)说：在寻找生命的过程中，低质量的水世界是一个令人着迷的可能性，研究表明，与类地行星相比，它们的行为可能会有多大的不同。一旦对这类天体的观察成为可能，尝试直接测试这些预测将是令人兴奋的。
博科园｜研究/来自：哈佛大学
参考期刊《天体物理学》
DOI: 10.3847/1538-4357/ab2bf2
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