地球在太陽宜居帶內的軌道意味著其溫度非常適合生命存在。但一項新研究發現，位於恆星宜居帶內的冰冷世界可能會突然從過冷跳到過熱，而不會經歷宜居階段。
研究結果表明，潛在宜居世界的數量可能比科學家之前認為的要少，研究人員表示。
金星似乎對生命來說太熱，火星似乎太冷，而地球位於金星和火星之間，這裡的溫度有可能恰到好處，使其表面能夠存在液態水。這個“金髮姑娘”帶也被稱為宜居帶，因為在地球上，幾乎任何有液態水的地方都有生命存在。
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像太陽這樣的恆星會隨著時間推移而變亮。這增加了以下可能性：一顆行星或衛星如果最初圍繞一顆年輕昏暗的恆星（如早期地球）是寒冷而冰冷的，那麼隨著恆星變得更加明亮，最終可能會變暖到穩定的宜居狀態。[外星行星和恆星的宜居帶如何運作（資訊圖）]
然而，新的研究發現，一些行星可能會直接從類似火星的冰室階段進入類似金星的溫室階段，從而繞過類似地球的宜居條件。
北京大學的該研究主要作者楊軍表示：“以前的研究表明，冰冷的行星和衛星，如[木星的衛星]歐羅巴，在其表面冰雪融化後將變得適合生命居住。我們的工作表明，這種情況不會發生。”
一顆富含水的行星的氣候至少取決於兩個因素。一是其表面覆蓋的冰量。冰具有高反照率，這意味著它可以將照射到其表面的大部分光線反射回太空，從而阻止光線溫暖行星表面。這樣，冰會冷卻行星，導致更多冰的形成，並使行星更加寒冷。第二個因素是行星大氣層中水蒸氣的量；水蒸氣是一種溫室氣體，可以吸收熱量，使行星變暖，從而導致更多的水蒸發，並使行星更加溫暖。
冰的反照率在冰冷行星的氣候中起著主導作用。2004年的一項研究表明，地球之所以逃脫了可能的“雪球期”，是因為太陽隨著時間推移而變亮，以及地球上的火山活動釋放了二氧化碳和其他溫室氣體，這些氣體幫助地球保持熱量。
相比之下，許多冰冷的天體，如木星的衛星歐羅巴和土星的衛星土衛二，不會透過火山釋放大量溫室氣體。因此，研究人員想看看，如果這些世界只有來自恆星的光來幫助它們變暖，它們會如何演化。
在這項新研究中，科學家們開發了一個全球氣候模型，該模型模擬了缺乏水蒸氣以外的溫室氣體的冰冷行星的氣候演變。根據該研究，這個 3D 計算機模型包括大氣層的多層結構，以及風及其對溫度、雲、水蒸氣、雪和冰的影響。
研究人員發現，在沒有水蒸氣以外的溫室氣體的情況下，冰冷的天體需要來自其恆星的大量能量才能開始融化——大約比地球從太陽獲得的能量多 10% 到 40%。當冰最終在模擬中融化時，由此產生的反照率下降使這些世界迅速變得溫暖得多。這種快速變暖通常會導致溫室階段，其中大部分或全部水海洋蒸發，使得這些世界不適合地球上已知的水基生命居住。
楊軍告訴 Space.com：“該發現表明，潛在宜居行星和衛星的數量可能比之前估計的要少，特別是對於小型冰冷行星和冰冷衛星而言。”
詳細介紹新發現的論文於 7 月 31 日在《自然-地球科學》雜誌上線上發表。
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