李水旺新一期视频:
今天我们来探討流浪行星。
那么,让我们从最明显的问题开始:什么是流浪行星?
简而言之,流浪行星並不仅仅指“流浪地球”,指的是那些要么被逐出原生太阳系,要么完全在星际空间中形成的天体。
所以严格来说,它们根本不是行星 —— 不过这在我们这个系列中並不新鲜。
我们一开始探討的是冥王星这样的矮行星,上一次我们关注的是大型卫星,而且这也將是这个系列的常態,原因很简单:围绕普通恆星运行的普通行星实在太无聊了。
达尔文的著作出版至今已经一个半多世纪了,但我们仍然不知道生命起源(生源论)究竟是如何发生的。
目前主流的科学候选假说按优先级排序大致是:热液喷口、潮间带和泛种论,但我们並不確定,因为我们无法观察到生命起源的过程,而且不出所料,要寻找数十亿年前的证据也相当困难。
说实话,这三种假说中的任何一种都可能促成生命起源,也可能都不能,或许我们需要一种新的理论。
但有一点似乎是合理的:无论地球上的生命是如何起源的,它很可能也会发生在与地球非常相似、围绕著与太阳相似的恆星运行的行星上。
同样,如果你看过关於地球化改造的视频,就会知道殖民任何一颗行星都是一项艰巨的任务,但目標行星与地球越相似,任务就越容易。
因此,探討生命可能如何在类地行星上起源,或者我们如何殖民这些行星,在这个系列中並不是那么有趣。
我们感兴趣的是极端情况、异常现象,是那些看起来似乎不可能存在生命,或者我们不会想要定居的地方。
而流浪行星乍一看,几乎就是这种地方的缩影:冰冷、黑暗,没有一丝阳光,完全不適合生命生存。
但再仔细想想,无论是作为生命的发源地,还是作为我们可能想要殖民的地方,它们可能都比最初看起来要宜居得多。
事实上,对於后者 —— 殖民来说,正如我们將在即將推出的星际殖民视频中看到的那样,它们可能是周围最有价值的 “不动產”,也是我们在星际间扩张的关键。
另一点需要记住的是,“流浪行星” 是一个非常宽泛的范畴。
当我们使用这个术语时,我们並不是在谈论那些现在被归为特殊(儘管很有趣)类別、有时被称为 “孤狼行星” 的褐矮星,我们指的几乎是任何物体:从相当大的小行星,到比木星还大的气態巨行星,这些气態巨行星可能还拥有自己的卫星。
本质上,我们指的是星际空间中的任何天体 —— 这是一个庞大的类別,很多物体都属於这个范畴,它们彼此之间唯一的共同点就是体积相当大且没有阳光照射。
一旦远离了太阳的光线,维持生命所需的能量就必须来自其他地方,而生命確实需要一个能量来源。
早在很久之前的科普中,我们就提到了一些能量来源,以及生命可能使用的、不同於地球上生命所採用的化学方式。
关於能量,我们有来自卫星的潮汐加热 —— 流浪行星可能拥有卫星,它们可能是在太阳系中运行时捕获的,或者是在深空里捕获的,而且它们很有可能保留住原生的卫星。
潮汐加热可以是一种非常强大的能量来源,尤其是在没有阳光遮挡的情况下。
行星核心中的放射性同位素(如铀)也能提供热量。
对於气態巨行星这样的大型天体来说,引力收缩產生热量也是一种可能的能量来源。
不过,这些能量来源提供的能量都不多 —— 这一点很重要,因为即使一颗远离太阳的行星是温暖的,也並不意味著那里会存在复杂的生命。
生命的繁荣不仅仅是因为某个地方温暖,它还需要持续的能量输入(能量通量)。
例如,地球上有生活在地下洞穴中的生命,但这些生命的分布非常分散,生物量远少於地表,而且通常是新陈代谢缓慢的生物和植物。
这些未暴露在阳光下的生命,大多依赖於上方太阳能生態系统產生的废物,或者来自热液喷口等地方的、可供它们通过新陈代谢获取能量的化学物质。
光合作用是地球上生命密度极高的原因,但对於流浪行星来说,光合作用基本上是行不通的。
我说 “基本上”,是因为物体都会以与其温度相关的速率和波长发射光子。
我们发现,不仅有生物依靠热液喷口的热量和化学物质生存,还有一些生物(如某些类型的绿色硫细菌)能够利用这些光线生存 —— 尤其是红外线,特別是中红外波段的光线,这种光线也被称为热光。
不过,这种光线也无法带来极其丰富的生命生长,但它確实为流浪行星上的生命增加了又一种可用的能量来源。
生命所需的能量来源必须是稳定的,而且能量越多越好。
但即使是在相当大的小行星上,核心中也可能有铀块在衰变並释放热量,这些热量会通过裂缝散发出来,形成富含矿物质的水洼 —— 这基本上与地球上被认为是生命起源主要候选地的 “黑烟囱”(热液喷口)的环境条件相同。
同样,正如我所提到的,两颗流浪行星相互环绕並產生潮汐加热,这也並非什么奇怪的事情。
地下的水体附近也可能存在放射性物质矿脉,就像奥克洛天然核反应堆那样。
我们在地球上也见过这种情况:地下水渗入铀矿储量丰富的地方,起到中子慢化剂的作用,就像人工核裂变反应堆一样,使这些矿脉的能量输出超过自然衰变的水平。
接下来需要考虑的是,流浪行星可能並不只是太空中的大型岩石。
在星际空间中,氢和氦的含量非常少,甚至其他气体也相当稀薄,太阳会剥离行星的大气层。
深空中有电离辐射,但辐射量並不多,而且没有太阳光线来加热行星表面,从而使大气层剥离过程更容易发生。
因此,太空中的任何天体都有可能捕获大量的星际气体。
如果你的星球周围包裹著数英里厚的氢氦层,那么这將形成一层非常好的隔热层,並且强烈暗示这些流浪行星上可能存在海洋。
以一颗拥有卫星(如土卫六、木卫二)的流浪气態巨行星为例 —— 我们已经认为这些卫星是可能存在生命的候选地,它们的运行机制很少依赖於太阳。