寻找外星生命的新方法
http://www.sohu.com/a/199997895_616739最近发表在《天体物理学杂志》上的这项研究名为“同步旋转的温带类地行星的近红外驱动的潮湿上层大气”。除了东京理工学院地球生命科学研究所的成员藤井博士，研究小组还包括安东尼·杰尼奥(GISS)和大卫·阿蒙森(GISS和哥伦比亚大学)。
简单地说，液态水对于我们所知的生命至关重要。如果一颗行星没有足够温暖的大气层在其表面维持足够的时间(数十亿年)来维持液态水的存在，那么生命就不可能出现并进化。如果一个行星离它的恒星太远，它的表面水就会结冰；如果太靠近，它的地表水就会被蒸发。
尽管已经在系外行星的大气层中探测到了水，但这些行星都是巨大的气态巨行星，它们与恒星之间的轨道非常近(又名“热木星”)。藤井和她的同事在他们的研究中说:
“虽然在热木星的大气层中探测到了H2O信号，但在类地行星上发现包括H2O的分子特征是非常具有挑战性的，因为行星半径小而高度低(由于温度较低，也可能是更大的平均分子量)。”
当涉及到类地(即岩石)系外行星时，先前的研究被迫采用一维模型来计算水的存在。这包括测量氢的损失，在平流层中，水蒸气受紫外线辐射被分解成氢气和氧气。科学家们通过测量氢的损失率来估计仍存在于行星表面的液态水含量。
然而，正如藤井博士和她的同事所解释的那样，这些模型依赖于一些无解的假设，包括全球热量传输和水蒸气以及云层的影响。基本上，先前的模型预测，水蒸汽上升到平流层需要这些行星的长期表面温度高于地球66°C(150°F)。
这些温度可能会在地表产生强大的对流风暴。然而，这些风暴不可能是水蒸汽到达平流层的原因，因为在缓慢旋转的行星进入潮湿的温室状态时，水蒸气含量会加剧热量。与恒星轨道距离相近的行星要么旋转缓慢，要么被它们卫星潮汐锁定，从而使对流风暴不太可能发生。
这种现象经常发生在那些位于低质量、严寒、M型(红矮星)恒星周围的类地行星上。对于这些临近主恒星的行星，意味着它受到的引力影响将足够强大，以减缓或完全停止它们的自转。当这种情况发生时，厚厚的云层就会出现在行星的一边，在恒星光线中保护着它。
研究小组发现，虽然这可以保持白天凉爽，防止水汽上升，但近红外辐射(NIR)可以提供足够的热量，使行星进入潮湿的温室状态。这种现象在M型和其他冷矮星中尤其明显，它们在近红外辐射方面产生的更多。当辐射使云层变暖时，水汽将上升到平流层。为了解决这个问题，藤井裕久和她的团队借助于大气环流和气候异质性的三维通用循环模型(GCMs)。根据模型，团队构建了一个有着类地大气层的行星，并且完全被海洋覆盖。这使得团队能够清楚地看到不同类型的恒星之间的距离变化对行星表面的影响。
这些假设让团队清楚地看到，轨道距离和恒星辐射类型影响了平流层中水蒸气的含量。正如藤井博士在NASA新闻发布会上解释的那样:
“我们使用了一个更能实际模拟行星大气条件的模型，发现了一种系外行星的宜居性的新方法，并将为进一步的研究提供指导…我们发现一个恒星的辐射类型和它对系外行星的大气环流在潮湿的温室状态的影响。”
最后，该团队的新模型证明了，由于低质量恒星发出的大部分光在近红外波长上，潮湿的温室状态将会导致行星轨道靠近恒星。这将导致它们表面与炎热而潮湿的地球热带地区相近，而非炎热而干燥。
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