大約39光年之外,朝向寶瓶座的方向,有一顆行星擁有一個全球海洋,其深度足以淹沒陸地。在那顆水世界的任何地方航行,你都永遠不會在地平線上看到山脈、丘陵甚至海灘,只有深藍色的潮汐。而且這顆行星並非孤例。一項針對圍繞TRAPPIST-1執行的系外行星的新分析——2017年的一項研究估計這些行星的大小、質量和成分都與地球大致相同——表明七個世界中的四個實際上都浸泡在水中。其中兩個的質量超過50%是水,另外兩個的質量不到15%(這仍然比地球溼得多,地球的水含量不到0.1%)。更重要的是:多條證據表明,水世界可能在宇宙中普遍存在。
這聽起來可能是個好訊息。畢竟,無論我們在地球上的哪裡發現水——無論是黃石公園的酸性水池還是冰凍冰川中的裂縫——我們都能找到生命。這種相關性非常強,以至於美國宇航局在尋找我們淡藍色星球之外的生命時,採用了“追隨水”的口號。但是,這些潮溼的世界引發了一場關於多少水才算過多的激烈辯論。
以TRAPPIST-1系統內的第五顆行星為例。坦佩市亞利桑那州立大學的行星地質學家凱門·翁特伯恩和他的同事認為,這裡的液態水向下延伸約200公里——大約是地球馬裡亞納海溝深度的20倍。如此多的水會在海洋底部形成一個巨大的冰層,這將把海洋與陸地隔絕開來,並有效地關閉一個對地球適居性起關鍵作用的地球化學迴圈。
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在我們的星球上,二氧化碳可以在大氣和地幔之間移動,以保持溫和的氣候,即使大氣條件發生變化。例如,太陽光度的緩慢增加被大氣中二氧化碳分子數量的減少所抵消,因為越來越多的二氧化碳被儲存在地球深處。這種“碳矽迴圈”是一種平衡行為,許多科學家認為這對長期適居性至關重要。但是在水世界中,這個迴圈可能是不可能的。
然而,一些科學家仍然對這些行星上的生命持樂觀態度——只要他們拋棄以地球為中心的視角。“水世界不僅僅是一個我們倒了水的地球,它是一個不同的行星,沒有理由認為它的地質會與我們的地球相同,”日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)位於東京的天文學家伊麗莎白·塔斯克說。這樣的世界可能有自己調節溫度的方式。
例如,最近的兩項研究表明,二氧化碳仍然可以在這些世界上移動——儘管方式大相徑庭,並且無法深入行星的地幔。例如,東京工業大學的拉姆斯·拉米雷斯和哈佛-史密森天體物理學中心的阿米特·列維認為,溫室氣體可以在深海冰層和大氣層之間來回轉移。芝加哥大學的埃德溫·凱特和賓夕法尼亞州立大學的埃裡克·福特提出的另一個想法是,二氧化碳可以簡單地在海洋和大氣層之間來回轉移。在這裡,海洋的巨大體積實際上是有益的,因為它提供了一個巨大的儲庫來容納過量的二氧化碳。事實上,他們的模型表明,10%到25%的水世界可以擁有持續超過十億年的宜居地表溫度——這足以讓簡單的生物出現並有可能進化成複雜的生命。
但是,充滿如此多水的世界給生命帶來了其他障礙。例如,冰層使得生物體更難從岩石中刮取磷(DNA的骨幹)等營養物質,這可能會從一開始就阻止生命的出現。“你有一個溫帶行星,如果我們降落在上面,也許我們不會沸騰或凍結,而且我們會有大量的水——但就是沒有足夠的營養物質來真正啟動生命,”塔斯克說。翁特伯恩也同意天文學家應該將目光投向更乾燥的世界。然而,其他科學家認為生命會找到出路。例如,凱特認為,營養物質可能來自令人驚訝的來源,例如小行星撞擊。列維則認為,生命甚至可能在這些水世界的冰蓋上積聚的水中形成。
“我從這個專案中得到的啟示是,從地球類比出發工作是不夠充分的,”凱特說,他承認這個結論具有諷刺意味,因為他受過地質學方面的訓練。“我熱愛岩石和地球歷史,但你真的需要從基礎物理學和化學入手,而不是依賴地球的類比來解決系外行星問題。”當宇航員必須決定用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡等大型望遠鏡進一步評估哪些單獨的世界,或者當他們必須在未來探測數百個世界的任務和詳細研究少數幾個地球克隆體的任務之間做出選擇時,這種考慮將非常重要。但是目前還沒有達成共識。“我認為僅僅用地球思維來思考一切可能是危險的,”拉米雷斯說。“你可能會錯過其他可能性。”
