上次我们讨论了离恒星非常远的行星上的生命,比如冥王星,这次我们将探讨非常靠近恒星的行星上的生命。
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靠近恒星的行星可以分为两种类型:一种是因为距离恒星非常近而非常热的行星,比如水星;另一种则是因为它们的太阳非常昏暗而不热的行星。我们会在另起一辑讨论第一种类型,而在后者的情况下,这些行星必须离它们的太阳非常近,以至于它们可能会被潮汐锁定。这意味着行星的一侧总是受到阳光照射,而另一侧则永远处于黑暗之中。潮汐锁定的最大变量是该天体与其所绕行物体之间的距离,而围绕红矮星的行星必须非常靠近才能达到经典宜居的温度,这些行星经常被称为“黄昏世界”或“眼瞳行星”。
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假设你有一个潮汐锁定的行星——通常人们会想象这种行星的太阳面是沙漠,夜晚面是黑暗的冰,在它们之间有一个窄窄的的宜居区域,被黄昏的光线照亮,因而得名“黄昏世界”。但这种看法有多准确呢?像很多科幻所描述的东西一样,这种预测并不能称得上是准确。
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首先,我们知道大多数靠近红矮星的宜居行星都会被潮汐锁定。红矮星是宇宙中最多的恒星类型,涵盖了从质量比我们的太阳大一半到小十分之一的范围。一来这在恒星类型中是一个相当大的质量变化范围,二来我们并不认为在更大质量的中心恒星系统周围宜居行星能够被潮汐锁定。此外,大气层、海洋,以及在这种情况下可能有的卫星,会阻碍恒星潮汐锁定的过程。
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因此,较大的红矮星可以拥有轨道周期为两三个月的宜居行星,而对于最小的红矮星,这个周期可能只有两三天。对于这些更小的红矮星来说,潮汐锁定更为可能,因为不仅距离是潮汐锁定的最大因素,而且更靠近恒星的行星很难拥有一个大卫星,因为这可能会扰乱其轨道,导致行星的公转轨道非常偏心或者飞出星系的情况,从而使之不宜居。
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另一个重大误解存在于在行星上所看到的恒星样貌:首先,虽然这些恒星更小,但它们离行星非常近,因此在天空中看起来比我们的太阳大得多——它们会像天空中的巨大斑点。其次,人们总是理所应当地认为在黄昏带上看到的恒星肯定会像我们在黄昏时看到的红日一样红,但实际上红矮星并不都是红色的。我们的恒星颜色分类系统起源于非常早的时代,用颜色描述峰值光谱并沿用至今,而事实上所有的恒星在太空中看起来都是白色的。我们的“黄色”太阳,实际上发出峰值波长为绿色的光,但当你直视它时,它基本上是白色的——它在太多的频率下太亮了,无法呈现出某一种颜色。
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红矮星的峰值频率在光谱的红色范围内,但这里的情况和白炽灯泡类似——虽然色温并不高,但它看起来还是白色的。当然在任何潮汐锁定的世界,无论是围绕红矮星还是白色超巨星,太阳从黄昏带看起来都是红色的,因为所有的空气通过瑞利散射的相同作用,都会从光谱中析出红色光。然而,在一个有地球般大气层(以及其他大多数可能预期的大气类型)的世界上,天空会是蓝色的,太阳会是一个巨大的白色发光球体。中心天体为红巨星的宜居世界例外,因为他们的恒星太大太暗,太阳会用暗淡的红光覆盖整个天空,而不仅仅是一个高密度的刺眼天体。但对于大多数恒星来说,行星上的太阳和天空看起来会与我们的非常相似,大气层的成分对颜色的影响最大,并且天空和太阳的颜色会像我们地球上一样因一天中的太阳高度和天气而变化。火星的天空有时是蓝灰色的,有时是红色的,有时是浅黄褐色的。
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那么我们所说的黄昏带是什么呢?它有多宽?这是唯一生命可以存在的地方吗?一侧真的是沙漠,另一侧真的是一片深达数英里的巨大冰层吗?对这些问题的回答是:可能是,也可能不是,具体情况取决于各种因素。
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我们想象太阳面是沙漠,因为在那里会有一个阳光垂直照射的点。如果我们将之定义为那个世界的经纬度零点,那么随着我们远离这个点,光照会变弱,这时就会有一个持续的辐散风带向外圈推送水分,并且从不带回,一直到那些物质在黑暗面沉积成越来越厚的冰层,最终液态水只存在于环绕边缘的一条非常薄的带上。
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然而,潮汐锁定的天体确实会有一些运动。我们总说月亮只有同一面面向我们,所以我们只能看到它的一半,但这不完全正确。由于轨道的离心率的存在以及被简化为一个点描述的天体不是真正的点状物体之类的原因,视差效应使得我们可以看到潮汐锁定天体的略多于一半的部分。我们可能可以在一个月的时间内看到月球表面约59%,而不是50%。所以在存在视差效应的潮汐锁定行星黄昏带上,太阳有时看起来会上下抖动。再者,围绕红矮星的宜居区行星大多数都有相当于我们几天到几个月的行星年,而潮汐锁定的行星其年周期更短。因此,对于较小的红矮星星系来说,太阳每隔几天就会出现一次抖动,这通常意味着行星走过了一个完整的公转周期,因为它们的年周期非常短,且它们的“日”长度正好与其“年”相等。但我们在这里会尽量用地球单位来描述实际时间,这样不容易混淆。
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短周期的行星年还有另一个影响。虽然我们的季节与地轴倾斜有关,但地球在离太阳较近或较远时接收到的光量不同是存在的,只是感知不明显。对于我们北半球的人来说,地球在冬至后的1月离太阳最近,在7月最远;这纯属巧合,但这意味着地球在1月接收到的光量比7月多约7%,与此同时地球的轨道偏心率非常低。最近的行星水星有所有行星中最强的偏心率,当它最接近太阳时接收到的阳光是最远时的两倍多。因此,一个具有相当偏心率的潮汐锁定世界可能会存在季节变化,比如在轨道的渐远日半周期和渐近日半周期,这个星球会明显冷却或升温,这样很容易导致其大气以奇特的方式进行水汽输送。
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接下来是黑暗面。值得注意的是,即使在一年中有六个月都是黑暗