今天,我们将探讨“水世界”——那些表面几乎完全被水覆盖、没有陆地的星球。我们会讨论这些星球如何依然拥有陆地生物、生命如何在其中进化,以及我们如何改造这样的世界。在本系列中,每当我们关注这些行星时,都会有一些目标和问题需要解答。这次,我将它们正式列出:
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1. 这些行星有哪些具体特征?
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2. 是否存在重要的子类别?
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3. 这些行星出现的概率有多大?
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4. 它们上面是否存在生命?
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5. 是否存在复杂或智能生命?
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6. 我们如何改造这些行星?
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在本系列的大部分内容中,我会探讨是否可以改造特定的行星。如果您是本频道的常客,您会知道答案总是肯定的。上周我们讨论了黑洞的改造问题,因此这次我不会回答是否可以改造一个被水覆盖的行星,而是专注于海洋行星独有的改造选项。
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同样,在充满液态水的行星上,液态水是定义太阳系宜居区的主要特征。如果液态水存在,那么讨论生命是否能在这样的行星上出现似乎变得不那么必要。那么,我们不妨看看在某些情况下,生命可能无法在这些行星上出现,以及某些类型的海洋行星在孕育复杂生命时可能面临哪些挑战。
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首先,让我们了解这些行星的具体特征。什么使一个行星成为海洋世界?我们还能期待哪些其他特征?
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简单来说,海洋行星几乎被水完全覆盖,尽管它们可能拥有少量陆地和两极的冰盖。今天,我们不关注那些被冰完全覆盖的世界,尽管冰在这些讨论中也占有重要地位。即便是在表面没有冰的星球上,也存在多种不同类型的冰,有些甚至能在室温下存在,甚至在通常会使水沸腾的温度下也能存在。稍后我们将进一步探讨这些内容。
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今天,我将这一类行星大致分为两类:一类是陆地面积非常小或几乎没有陆地,至少从火山喷发以及构造运动在海平面以上留下的岩石和泥土来看如此。 以上内容来自hlib.cc。更多中文H小说尽在hlib.cc。
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我们很难预测这种行星在宇宙中的普遍程度,因为我们仍不清楚是什么驱动了板块运动或其主要动力来源。目前主要有几种理论,包括地幔对流和旧板块因密度增加而下沉,这两种是最流行的理论。然而,月球或太阳的潮汐力在这一过程中的具体作用尚不明确。
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此外,我们知道太阳和月亮在侵蚀陆地方面都起着重要作用。海浪冲击岩石、潮汐涨落、风暴、降雨以及风力等因素都会侵蚀陆地岩石。如果缺乏构造活动,地貌最终会被侵蚀改变;而若侵蚀力更强,地貌变化的速度也会加快。
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在一个几乎没有构造运动但侵蚀力强大的世界,即使海洋不深,也很容易完全没有陆地。同样,如果海洋更深,陆地要突破额外的水域浮出水面就更加困难。
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水在宇宙中极为常见,因为氢和氧分别是含量第一和第三的元素。地球的铁和氧的含量分别略低于三分之一,其余的三分之一主要由硅和镁组成,但地壳中的氧含量更高,地核中的铁含量则更高。你脚下的岩石和泥土、你饮用和游泳的水,大部分都是氧,因为氧在宇宙中非常常见。
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然而,氢和氦在宇宙中更加普遍,而在地球上几乎不存在。例如,在水星上,氧气的存在率要低得多。我们之前讨论过这一问题,主要原因有三个:
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1. **太阳的电离辐射**倾向于轰击行星,剥离较轻的元素,尤其是氦。由于氦无法与其他物质形成化学键,因此只能形成较重的分子和固体。
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2. **保留较轻元素取决于三个因素**:
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* **行星的质量或密度**。质量和密度越大,行星的逃逸速度越高,粒子越难逃离行星。
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* **磁层的强度**。强大的磁层有助于阻挡部分被剥离的粒子辐射,并使许多逃逸的粒子反弹回来。
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* **行星的温度**。温度决定了行星暴露在多少辐射下及其整体温度水平。高温会显著增加粒子的速度,尤其是较轻的元素,使其更容易被辐射冲击,并获得足够的速度逃离行星。
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我们在地球化中对此进行了更详细的讨论。
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简而言之,比地球轻得多的行星通常没有真正的大气层,因此也无法维持液态水。因为在低于600帕斯卡(约为地球海平面气压的0.6%)或6毫巴的压力下,水不会以液态存在。即便压力高于这个水平,允许液态水存在的温度范围也比我们习惯的要低得多。
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在入门物理课程中,我们经常做这样一个实验:将一杯室温水放在一个广口瓶中,然后抽走空气,直到水开始沸腾。压力总是推动水分子,试图将它们粘合在一起,而温度则将它们推开,试图区分。液态水基本上存在于压力和温度相互平衡的状态。当压力占上风并主导局面时,水通常会形成固体;当温度占上风时,则会形成气体。
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压力和温度因物质而异,有些物质可以形成多种固态,包括我们熟知的普通水冰。这一点稍后也会提到。
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现在,压力只是特定地点重力强度和上方物质数量的一个因素。例如,在你头顶,每平方英寸大约承受14磅的空气重量,这相当于每平方米约10吨,或100,000帕斯卡(100千帕斯卡,0.1兆帕斯卡)。你也可以将其称为压力单位,其中1巴等于100千帕或0.1兆帕,亦即一个大气压。实际上,海平面的气压略高,1个大气压约等于1.01巴。在我居住的俄亥俄州,气压通常稍低,大约为0.98巴或0.97个大气压。 以上内容来自hlib.cc。更多中文H小说尽在hlib.cc。
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有时候,这些单位会让人感到困惑,因为其中一个是相对于海平面校准的,而另一个是公制单位,尽管它们数值上非常接近。如果你感兴趣,火星表面的气压仅为6毫巴,正如我刚才提到的,这已经达到了液态水在任何温度下都无法存在的临界点。因此,火星上很难保留足够的空气来维持液态水的存在。这表明,较轻的行星很难留住空气和水。
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另一方面,较重的行星更容易保留空气和水。因此,在相同条件下,我们预计比地球更大的行星上会有更多的水。然而,这些行星可供扩散的水面面积却更少。如果保持密度不变,仅将行星的质量增加一倍,其半径只会增加约26%,而表面积则增加59%。即使水占行星质量的百分比不变,水的总量也会增加一倍,因此水的平均深度会增加26%。正如我所说,如果地球的质量更大,它所含的水也会更多,因为逃逸的氢气更少。因此,地球的海洋可能会更加深厚。
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我曾以费米悖论为例,说明行星可能不适合居住,至少不适合技术生命居住。即便地球的质量发生微小变化,比如质量稍微小一点,液态水就会消失;而质量稍微大一点,水量则会过多,导致没有陆地。目前,我们尚不确定这一临界点在哪里,因为行星建模仍然是一个相当新的领域,且还缺乏大量来自系外行星的真实数据来验证这一点。
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但到目前为止,有迹象表明,质量明显大于地球且温度相似的行星拥有更多的水,而质量明显小于地球的行星要么是冰冷的冰封世界,要么缺乏海洋,甚至可能完全没有海洋。因此,尽管水世界的主要特征是拥有大量的水,但我们发现它们可能还有一个相关特征:质量较大。
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不要将此与冰封的行星或卫星(如木卫二)混淆,后者在冰层下拥有液态水,这是另一个话题。水世界的第三个特征是它们需要足够温暖,才能维持液态水的存在。水与太阳之间只有空气和空间,这也引出了光合作用的问题,稍后我们将进一步讨论。
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接下来,让我们继续今天的第二个话题:这些行星的子类别。这主要与水的深度有关。目前尚无正式命名,猎户臂(Orion's Arm)网站创建的两个子类别——“深海底层”和“潘塔拉斯”——并不能很好地满足我们的需求。这两个类别分别指水深小于50公里或30英里(前者)以及更深的水世界。然而,这并不理想,因为这些深度的划分显得有些随意。尽管30英里接近太阳系中最高的山脉——火星上的奥林匹斯山的两倍高度,但由于缺乏显著的侵蚀作用和足够的重力,海底升起的陆地很少能达到如此高的海拔,因此不可能形成陆地,只能形成水下山脉。
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如前所述,这种分类方法并不令人满意,因为我们心中还有更多的变数。因此,让我们基于水深、侵蚀和构造净效应来创建四类行星。在古希腊语中,Thalassic 和 Pelagic 都指涉水或海洋,但 Pelagic 通常用来定义地球上的海洋区域,因此我坚持使用这个词。
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我个人更倾向于将它们统称为“泛海洋行星”,因为“泛海洋行星”比“水世界”更符合我的喜好,而且“泛海洋行星”这个名称基于希腊语中的“Pan”(全部)和“Thalassic”(海洋),更具科学感。使用希腊语或拉丁语来命名这些行星,有助于彰显其科学研究的严谨性。
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此外,尽管我很喜欢凯文·科斯特纳(Kevin Costner)的表演和导演风格,但我并不喜欢他的电影《水世界》。几年后,他根据著名作家兼物理学家大卫·布林(David Brin)的同名小说改编了电影《邮差》。我认为他应该反过来拍摄《邮差》,以便向布林请教《水世界》的意见。布林在《Uplift》系列中讨论过类似的问题。当然,布林可能会告诉科斯特纳,即使融化南北极的每一滴水,仍然会有大量的陆地,从而反对《水世界》项目或选择置之不理。但这些都是我跑题的例子。 以上内容来自hlib.cc。更多中文H小说尽在hlib.cc。
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因此,“泛大洋行星”将作为行星类型的名称,而“远洋”则作为其亚型。目前我们对海洋水层的划分在低层次上显得有些随意,因此我们将这些水层合并,并进行适当调整,同时引入一个新的类别——“立体海洋层”。
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以下是我的四个分类:
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1. **表层行星**
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<br />这类行星的表面仅覆盖一层薄薄的水层,水几乎无处不在。表层行星主要存在于侵蚀力显著超过构造力的环境中,导致几乎没有陆地形成。我将中层水层也纳入此类别。这些行星的特点是,如果你不能屏住呼吸游到大部分区域的底部,那么你几乎可以潜至整个海洋的底部。"Epi"在希腊语中意为“在……之上”,我们将其比喻为表皮,即皮肤的最外层。而“中深海层”(Mesopelagic)中的“meso”字面意思是“中间”,类似于“中石器时代”(Mesolithic)的含义。
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2. **次深海层行星** 以上内容来自hlib.cc。更多中文H小说尽在hlib.cc。
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<br />这类行星的海洋深度与地球上的正常深度相当,侵蚀力主导着地质构造,除了一些偶尔出现的小岛外,几乎看不到陆地。在这些行星上,海洋深度可能达到几英里,甚至超过地球上最深的海沟。“深海层”即指深海区域。
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3. **深渊层行星**
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<br />在地球上,深渊层属于次深海层,但还有更深的一层——冥深海层,名称参考自“冥界”。这一分类有些武断,主要适用于海洋海沟区域。"深渊"在希腊语中意为“无尽”,而在地球上,深渊仅指4000米以下的水域。我们假设在深渊层行星上,深渊的深度更甚。如今,深渊行星指的是任何行星,即便具备强大的构造力,仍无法使陆地从水底升起。由于每个行星的深度各异,且我们目前对此尚缺乏充分的科学知识,因此无法给出确切的深度标准。正如前述,我们实际上并不确定是什么驱动着这些构造力。在这些星球上,即使具备强大的构造力,也无法将陆地抬升至水面之上,最终陆地或许依然难以形成。
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你可能会认为,每个星球最终都会形成陆地,但事实并非如此,这引出了第四类。
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4. **立体海洋行星**<br />“立体”在希腊语中实际上指“固体”,因此这里的意思是“固态海洋”。如我们将要讨论的,在足够大的压力下,即使温度很高,水也会转变为冰,而这种冰的密度比普通水更大,因此不会浮在表面。这意味着不仅海洋深度无法露出任何陆地表面,连海底也没有陆地,只有厚厚的冰层。
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通过以上四个分类,我们可以更系统地理解和研究泛大洋行星的不同特征及其形成机制。这些分类基于水深、侵蚀力和构造效应的综合考量,有助于我们在未来的研究中更精确地识别和分析系外海洋行星的多样性。
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如果你对“立体声”这一词的由来感到好奇,可以追溯到20世纪20年代。当时,市场营销人员为了提升音质,创造了“立体声”这一词,字面意思是“立体声音”。这一术语的演变很有趣,因为我们通常所说的立体声指的是通过音响设备分别向左右耳播放声音。而“刻板印象”一词也经历了类似的演变,最初指使用实心印版印刷,而非活字印刷,后来才出现与偏执相关的现代含义。
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立体图像至少对“立体声”这一词有影响,因为制作图像的人发现,使用两幅独立的图像观看时,图像显得更立体,产生类似3D的效果,这在19世纪非常流行。
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在此,我们直截了当地使用了“立体深海”这一术语,指的是最深的泛大洋行星类型,海洋深度可能达到100英里或更深,以及位于其上方的“深渊行星”,这些行星的海洋似乎深不见底,直到几英里深处才遇到陆地。
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再上一级是“深海行星”,其海洋深度与地球的海洋相当,甚至更深。陆地之所以稀缺,完全是因为海洋的深度和侵蚀力更强。 以上内容来自hlib.cc。更多中文H小说尽在hlib.cc。
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最后,是最浅的表层水区,海洋并不深,甚至不比大多数湖泊深。这