如果大質量行星與它們的恆星相距相當遠,它們可以在很長一段時間內保持大氣層和水。如果它們被趕出母系,那麼比宇宙的存在時間還要長。
地球上的條件在數十億年前變得適合生命存在,而在數十億年後,它將再次變得不適合居住。然而,一些系外行星,即巨大的超級地球,理論上能夠維持生命更長的時間,有時甚至超過 800 億年。這一結論是由發表在《自然天文學》雜誌上的一篇新文章的作者得出的。
超級地球被稱為大型系外行星,其固體表面重達 10 個地球質量——比我們的大很多倍,但比海王星等小型氣體行星小。太陽系中沒有超級地球——也許木星阻止了這樣一顆行星的出現,「吞噬」了它的胚胎。然而,望遠鏡正在銀河系其他恆星周圍探測到相當多的超級地球。蘇黎世大學(瑞士)的 Mol Lous 和她的同事們考慮了「冷超級地球」的一個子類,它們在離恆星相當遠的地方旋轉並保持適中的溫度。
計算表明,這些涼爽的世界能夠容納主要大氣(主要由氫和氦組成)數十億年,其密度是地球的 100-1000 倍。在這個緻密的外殼下,液態水可以存在於地表,新的模擬表明它可以持續很長時間,對於生命的出現和發展來說已經足夠長了。
值得注意的是,對系外行星的搜索通常基於恆星的亮度或確切位置的變化,這是由附近行星的自轉引起的。因此,望遠鏡發現的大多數超級地球的軌道都相當接近,而新的研究是在理論上進行的——沒有觀測,只使用數學模型。瑞士天文學家已經對不同質量、大氣層和圍繞太陽型恆星的軌道的超級地球的演化進行了上千次模擬。
這項工作表明,在恆星風粒子流的影響下,太近的軌道會導致大氣逐漸侵蝕和流失。然而,在足夠遠的距離——大於太陽系中火星的軌道——氫氦大氣不僅可以持續很長時間,而且由於溫室效應,還會加熱地球。科學家估計超級地球可以保持這種狀態五到八十億年,直到它的母星接近生命的最後階段並開始變成紅巨星。
然而,更多奇特的選擇也是可能的。一場隨機的重力遊戲能夠將超級地球從其母系中拋開,並將其作為與任何恆星無關的「孤兒行星」自由飛行。計算表明,只要有足夠的質量(10 個地球)和足夠稠密的大氣層,這樣一個孤獨的超級地球就有可能在令人難以置信的 840 億年內保持宜居性。這一時期遠遠超過了我們宇宙的年齡以及恆星存在的整個時期。
自由飛行的超級地球上的生命一定與我們的大不相同。如果它是在這樣一個星球上發展起來的,那麼它就適應了它的環境,與地球上的環境完全不同,沒有光和巨大的大氣壓力。然而,在我們的星球上,已知幾乎孤立的生態系統存在於類似的條件下——例如,在海底的「黑煙民」中。當地生物的主要能量來源不是光合作用,而是化學合成,它們不需要光。