[京城快讯]北大科研成果打破世界“冰行星气候演化宜居”论

2017-07-31 17:02 千龙网

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千龙网北京7月31日讯(记者 于振华)宇宙中一些距离地球比较近的冰行星真的适合人类居住吗?7月31日下午,记者从北京大学党委宣传部获悉,在国家自然科学基金项目的资助下,该校专家与合作者在行星气候演化和宜居性研究中取得重要成果,该项研究从根本上改变了科学家关于冰行星和卫星气候演化及其宜居性的认知。

近日,北京大学杨军、胡永云教授与合作者在行星气候演化和宜居性研究中取得重要成果,该项研究从根本上改变了科学家关于冰行星和卫星气候演化及其宜居性的认知。图为从冰雪世界突变到极端炎热的温室逃逸气候。北京大学党委宣传部供图

近日,北京大学杨军、胡永云教授与合作者在行星气候演化和宜居性研究中取得重要成果,该项研究从根本上改变了科学家关于冰行星和卫星气候演化及其宜居性的认知。图为从冰雪世界突变到极端炎热的温室逃逸气候。北京大学党委宣传部供图

“一颗行星是否适宜生命生存,取决于其表面温度能否维持液态水。”据北京大学物理学院大气与海洋科学系胡永云教授介绍,以太阳系为例,金星太热,其表面温度超过500℃;而火星太冷,其表面温度低于-60℃,均不适宜生命存在。只有地球表面有液态水存在,因此是地球是宜居的。位于火星位置以外的固态星体,如冥王星、木星的卫星Europa和土星的卫星Enceladus,其成分主要以水分为主,但因温度太低,水分均以冰的形式存在。

根据恒星演化理论,一颗恒星在其演化过程中,因其内部核聚变反应愈来愈强,其向外的辐射能量愈来愈强。过去,全球的学者们通常认为,随着恒星辐射的增强,原来的冰行星或卫星最终会融化而形成液态水,从而适宜生命存在。

但是,北京大学物理学院大气与海洋科学系教授杨军和胡永云等学者,根据理论研究和大量的数值模拟提出:这些冰行星或卫星很可能在将来是非宜居的。他们的研究结果表明,随着恒星辐射增强,这类冰行星或卫星将直接进入极端炎热的温室逃逸状态,也就是说,它们的表面温度将升高到100 ℃以上,液态水因而无法存在,生命也将无法存在。

随着恒星辐射增强,冰行星或卫星的气候状态之所以发生突变,而不是平缓过渡到温和的宜居状态,是因为其表面反射恒星辐射能力的急剧降低和大气温室效应的急剧增强造成的。冰雪能够把60%以上的恒星辐射反射回太空,而液态水仅反射不足10%的恒星辐射。

一旦冰雪融化,行星地表反射能力的突然降低,使得其吸收恒星辐射的能力大大增强,从而导致地表温度急剧升高。除此之外,冰雪融化后,大量的水汽进入大气,水汽的强温室效应也将使地表温度进一步升高。在水汽正反馈效应的作用下,液态水将完全蒸发进入大气并被光解、最终逃逸到太空。该项研究从根本上改变了科学家关于冰行星和卫星气候演化及其宜居性的认知。

在行星气候演化和宜居性研究中,杨军、胡永云教授及其合作者取得重要成果,其论文发表于《自然—地球科学》。该论文第一作者是杨军研究员,杨军和胡永云教授为共同通讯作者,论文合作者包括芝加哥大学丁峰博士、康奈尔大学R. M. Ramirez博士、多伦多大学W. R. Peltier教授和北京大学刘永岗研究员。

加州理工学院著名行星科学家Andrew Ingersoll教授应Nature Geoscience邀请为本论文写了评论。他指出,杨军和胡永云等的结果表明“冰行星变为宜居星球并不是冰融化为水那么简单,冰行星或卫星的气候演化将跳过宜居状态,而直接从极端寒冷变为极端炎热的气候态”。

责任编辑:柳杰(QJ0003)  作者:于振华

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