如果大质量行星与它们的恒星相距相当远,它们可以在很长一段时间内保持大气层和水。如果它们被赶出母系,那么比宇宙的存在时间还要长。
地球上的条件在数十亿年前变得适合生命存在,而在数十亿年后,它将再次变得不适合居住。然而,一些系外行星,即巨大的超级地球,理论上能够维持生命更长的时间,有时甚至超过 800 亿年。这一结论是由发表在《自然天文学》杂志上的一篇新文章的作者得出的。
超级地球被称为大型系外行星,其固体表面重达 10 个地球质量——比我们的大很多倍,但比海王星等小型气体行星小。太阳系中没有超级地球——也许木星阻止了这样一颗行星的出现,“吞噬”了它的胚胎。然而,望远镜正在银河系其他恒星周围探测到相当多的超级地球。苏黎世大学(瑞士)的 Mol Lous 和她的同事们考虑了“冷超级地球”的一个子类,它们在离恒星相当远的地方旋转并保持适中的温度。
计算表明,这些凉爽的世界能够容纳主要大气(主要由氢和氦组成)数十亿年,其密度是地球的 100-1000 倍。在这个致密的外壳下,液态水可以存在于地表,新的模拟表明它可以持续很长时间,对于生命的出现和发展来说已经足够长了。
值得注意的是,对系外行星的搜索通常基于恒星的亮度或确切位置的变化,这是由附近行星的自转引起的。因此,望远镜发现的大多数超级地球的轨道都相当接近,而新的研究是在理论上进行的——没有观测,只使用数学模型。瑞士天文学家已经对不同质量、大气层和围绕太阳型恒星的轨道的超级地球的演化进行了上千次模拟。
这项工作表明,在恒星风粒子流的影响下,太近的轨道会导致大气逐渐侵蚀和流失。然而,在足够远的距离——大于太阳系中火星的轨道——氢氦大气不仅可以持续很长时间,而且由于温室效应,还会加热地球。科学家估计超级地球可以保持这种状态五到八十亿年,直到它的母星接近生命的最后阶段并开始变成红巨星。
然而,更多奇特的选择也是可能的。一场随机的重力游戏能够将超级地球从其母系中抛开,并将其作为与任何恒星无关的“孤儿行星”自由飞行。计算表明,只要有足够的质量(10 个地球)和足够稠密的大气层,这样一个孤独的超级地球就有可能在令人难以置信的 840 亿年内保持宜居性。这一时期远远超过了我们宇宙的年龄以及恒星存在的整个时期。
自由飞行的超级地球上的生命一定与我们的大不相同。如果它是在这样一个星球上发展起来的,那么它就适应了它的环境,与地球上的环境完全不同,没有光和巨大的大气压力。然而,在我们的星球上,已知几乎孤立的生态系统存在于类似的条件下——例如,在海底的“黑烟民”中。当地生物的主要能量来源不是光合作用,而是化学合成,它们不需要光。