哪个星球适合人类移民.docx

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1、哪个星球适合人类移民星际移民这件事埃隆马斯克正在做,他的目标是火星,而我们的目标有好几个,只不过以今天的科技水平,没有一个是有可能搬过去的。原因也很简单,太远了,就算那些目标和今天的地球一模一样,只要有光年级别的距离,就没有办法搬过去了。搬家到哪个星球合适呢?我们主要参考两个指标,一个叫作地球相似指数(ESI),另一个叫作行星宜居性(P1anetaryhabitabi1ity)0第一个参数可以让我们找到外观长得跟地球比较像的星球,第二个参数可以让我们找到搬家过去以后更可能活下来的星球。注意,我们关心的是人类搬家过去,而不是那里是否能产生生命。生命的可能性范围太大了,也许真的存在硅基生物,可以在

2、更高温度、更强太阳辐射下展现生命特征,但是那种环境,我们搬过去就活不了了。所以,要关注搬家过去的话,就把生命可能性的范围大幅缩窄了,就是指我们这类在常温、常压、有水、辐射强度不大的环境里可以生存的生物。地球相似指数是2011年才由一些新新学者提出来的。下面图中就是相似指数的计算公式。有数学基础的同学一眼就能看出,这是一个对多种因素赋予不同权重后的求和公式;没有数学基础的同学听了刚刚这句话,估计也能明白个大概一一就是找几个参数,比如半径、密度、表面温度、重力加速度之类的,每个参数分别跟地球对应的数值做对比,看看差异有多大,然后再把每个参数赋予不同的权重,比如你认为表面温度是衡量它与地球像不像的最

3、重要因素,占比过半,那么就可以给它的权重设置为51%,类似这样的。最后还要考虑到,所有的权重加和后要等于Io就是通过这样一种思路,设计出了一个叫作相似指数的公式。这些科学家把目前各种望远镜观测到的星球都算了出来,排了一个序,相似指数最高的是K0I-4878.01o没名字,就是一个编号,相似指数0.98,这是一个非常高的值。如果和地球一模一样,相似指数就是1.00了。它距离地球1075光年,不可能过去的,一光年都别想过去。虽然分值很高,但还不能完全算数,因为这颗行星是否真的存在,还没有经过国际天文学界的确认。它暂时只是开普勒望远镜观测到的一个数据,在筛查阶段有可能被当作候选的行星。其他一些我们熟

4、悉的星体,地球相似度是多少呢?月球056,火星0.64,金星0.78。这里稍微补充一下:开普勒望远镜是一个带着特殊任务的望远镜,当初把它送上天就是为了寻找类地行星,也就是像地球一样的行星。像我们之前介绍的詹姆斯韦伯望远镜就没有这么特定的目的。开普勒望远镜上天后就锁定了一个区域,同时被拍照的恒星大约有10万颗左右,在9年的时间里,开普勒望远镜一共筛选出了2700多颗小行星。其实除了太阳系之外,任何一个星系我们都不可能直接拍摄到它上面的行星,因为它太小、太暗了,只能通过观察恒星来确定它周围有没有行星。这个方法叫作“凌日法”。比如,当地球从太阳前面经过,如果远处有一个望远镜给太阳系拍照,就会在地球从

5、太阳前面经过的那一刻记录到太阳光强微微的减弱了一点,真实的效果类似于一盏吊灯前面经过一粒芝麻的感觉,肉眼虽然察觉不出来,但望远镜的测量精度很高,可以记录到。如果这种稍稍变暗的情况是周期性的,比如每365天就稍微暗一下,就说明有一个周期为365天的行星围绕着太阳转呢,凌日法就这样在太阳系里发现了一个地球。当然,现实情况很复杂,有的暗并不是那个星系的行星所为,有可能是星际尘埃挡住了,或者星系里不止有一颗行星。天文学家总结出了很多筛查方法,再结合中心恒星的参数,才能估算出行星的很多参数,比如公转周期、半径、质量、密度、地表温度等等。这里的很多参数都是估算的。比如权重占比过半的地表温度,其实使用的是一

6、种叫作“行星平衡温度”的数据来代替的,因为真实的地表温度受到太多因素的影响了。比如,如果按这个模型算地表温度,地球应该是零下18摄氏度,但实际情况呢,平均来说却是零上15摄氏度。为什么?主要是大气层的温室气体起到了保暖效果,此外还有潮汐加热、地表材质不同造成的散射、地热资源等等。K0I-4878.01和地球的相似指数虽然高达0.98,但尚未确认。如果从已经确认的行星里找,相似度最高的是开普勒438b,相似指数0.88,半径比地球大12%,日照功率强38%,地表温度3摄氏度,公转一周35天。但无论相似度怎么接近,都不能直接反映适不适合居住。比如,就以这个已经确认的相似度最高的开普勒438b为例,

7、由于它的公转周期很短,只有35天,离中央恒星特别近,于是不可避免的出现的一个问题就是没有自转。地球对月球的影响就是这样。月球围绕着地球转,结果因为距离太近了,月球就没有自转,总是一个面朝着地球。这种现象之于行星和恒星也是一个道理。如果行星没有自转,人类就很难搬家去那里。因为朝向恒星的一面可能永远都是100多摄氏度,背向恒星的一面总是负100多摄氏度,只有在阴阳相接的那个过渡区,有可能找到一个零上的、窄窄的一条南北方向的带状区域。但一般来说,只有很窄的一条区域的话,生命的多样性就会少很多。能不能搬家过去,最好的衡量参数是宜居性。有一个最通俗易懂的描述就是,看液态水能不能持续存在于行星上。这个标准

8、首先考虑恒星和行星的间距,这直接决定了光照强度和地表温度,关系是最大的。如果不考虑行星上的细节,比如大气层或者地热,那么宜居带其实是一条带状区域,地表温度从O摄氏度到地表温度到IOO摄氏度都是可以存在液态水的。不过,带状区域并不是固定的,因为恒星在成熟,在衰老。比如我们的太阳,从开始稳定的进行核聚变反应到今天,光度已经增加了40%o所以,如果把恒星的动态变化考虑进来,那条宜居带也应该慢慢的向外扩,不然内圈的温度就太高T,就没有液态水了。那么,横跨太阳40亿年左右稳定燃烧的历史,对应所有宜居带的交集是什么样呢?其实应该是一条很窄的带了。当然,这还得拜太阳的核聚变反应增加的速度不太快的福气,否则4

9、0亿年里所有宜居带的交集就很有可能是零了。于是,我们就得放宽标准,比如寻找10亿年间,考虑到恒星核聚变反应加剧的情况,所有宜居带的交集就有可能存在。以咱们太阳系为例,以40亿年的时间跨度来看,这条可持续的宜居带的宽度是3000万公里。如果把这条带状区域看成是体育场里四条并列的跑道的话,地球现在处于内圈第一道和第二道的交界线上。不过,这只是对行星来说的宜居带,同样的,对恒星来说也一样存在宜居带。这个宜居带就是相对于银河系来说的。银河系可不是处处平均分布着恒星的,而是越靠近中心,恒星越密,剧烈的能量事件也越频繁。比如,质量是太阳几百倍的恒星在一个月内就把能量全部释放出来,这种爆炸哪怕距离太阳有几光

10、年,整个太阳系也会跟着灰飞烟灭。宜居带最严格的其实是要求几十亿年里一直维持液态水。要求几十亿年,其实并不是为了适应我们搬家过去,而是为了让生命有机会从RNA物质开始逐渐演化,最终变为单细胞、多细胞、复杂动物,这整个演化过程需要的时间非常长,需要留足时间,比如地球,就要给几十亿年的演化时长。这个要求,本质上是对中心恒星的要求非常高,要求它稳定燃烧的时间特别长。而一颗恒星能稳定燃烧多久,这个问题反而是天文学家研究比较透彻的问题。比如太阳就是所有发现的恒星中,稳定燃烧期非常长的一种,总共可以稳定燃烧100亿年。而仅仅比太阳质量大50%,稳定燃烧时间一下就削减到35亿年了,其实半径也就大了14席而已,

11、肉眼看差距不大,但寿命少65%o而质量是太阳5倍的恒星,稳定燃烧时间仅仅2亿年。如果质量是太阳60倍的恒星,寿命只有0.03亿年。虽然质量越小,燃烧越稳定,但刚刚我们说了,小质量恒星周围环绕的行星都会不可避免的失去自转,没有自转,那上面就不能被均匀的加热。所以咱们要聚焦在中心恒星上。恒星有一个分类系统,结合半径、质量、光度、表面温度等参数,大类分别是0、B、A、F、G、K、M、1,每个大类里还有0-9共十个小类。太阳的分类是G2o开普勒望远镜在9年里一共观测到了2700颗小行星,当前处于宜居带的有20多颗,它们是目前最有可能有生命的。而这20多颗里只有1颗,它所处的星系里的中心恒星是处于G型的,其他都是K型、M型的。而且,偏巧这颗G型的还是G2型的,跟太阳一样。这颗小行星是目前按照宜居带理论,最合适或者说最有可能产生生命的行星,它就是开普勒452b0不过这颗小行星离地球更远,1400光年。所以,别看我们总说宇宙是那么浩瀚,难道还找不到另外一个地球吗?起码我们已经找了整整两代人的时间了,还没有找到,太阳系是目前观测到的所有星系中最理想的家园。

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