全球热点！洋流，季风？该如何使潮汐锁定的星球变得宜居？

2022-12-21 16:48:24 来源：科普中国

高速运转的洋流能否中和存在极端气候的系外行星？

(资料图)

高转速能够使被潮汐锁定的星球变得宜居

在科学家的描述中，比邻星b 有近似于地球的大小，同时它沿着红矮星——比邻星轨道上的“宜居带”内运转。但是比邻星b似乎被潮汐锁定了，因为它总是以同一面朝向它的宿主星。（图片源自：ESO/M. Kommesser）

天文学家们一直在小小的红色恒星附近寻找可能存在的宜居星球。但是那些星球几乎都是被潮汐锁定的，因为它们总是用相同的一面朝着它们的宿主星。

这些迹象表明了想要在那些外星球上生存是十分困难的，但是最新的研究可能发现了使那些星球降温的方法：让那些星球上的海洋流动速度高于它们的自转速度。

把它锁住

我们已经那颗红矮星附近发现了大量的系外行星。在NASA的开普勒计划（这个计划由凌星系外行星巡天卫星和大量地基计划组成）的帮助下（它的数据库在天文望远镜废弃后仍然由富余），天文学家通过在运行轨道上绕行来探索那些远距离行星，最终目的就是：找到一颗围绕类太阳恒星运转的类地行星，与此同时它们之间的距离必须足够合适，这颗恒星散发的热量足以融化行星上覆盖的冰，但又不至于把冰全部融化蒸发。

这就是所谓的“宜居带”，位于宜居带的行星上的液体能够维持在一种良性循环的状态。尽管我们还没有找到完全像地球那样适合我们生存的星球，但我们找到了一颗类似的：这些行星和地球差不多大，在宜居带内绕行，不同的是它们围绕一颗红矮星运转。

令人感到惊奇的是，红矮星是目前在星系中最普遍的恒星，因此我们一定能在众多红矮星的宜居带处发现大量行星，但与此同时这些行星很多都是被潮汐锁定的，这也让人感到沮丧。

当一个小的星体靠近大的星体时（就好比月球围绕地球运转，行星围绕恒星运转），偏大的星体会在小的星体上引发潮汐现象（严格意义上来说，小星体也能在大星体上诱发潮汐，但它们几乎是微不足道的，我们没有必要去关注）。当那些潮汐汇聚在一起时，小的星体会逐渐呈现出一种不平衡的状态：不是恢复到以往正常的自转状态，而是趋向于“被锁定”。这种锁定状态会迫使小星体在特定的轨道上围绕大星体运转。这种现象就好比我们所看到的满月，在满月时月球就被地球潮汐锁定了，它总是以相同的一面朝向地球，并且直到宇宙终结我们也不可能一睹月球背面的真容。

最优的自转状态

潮汐锁定是我们目前已知最坏的情况了。如果你身处于一颗围绕红矮星公转的行星，来自红矮星的光照太微弱了，微弱到几乎只有贴着这颗红矮星才能使这颗行星产生宜居带，但是太近的距离意味着你会潮汐锁定的现象影响到，也就是说在这种情况下行星的一面会一直面对着恒星，而另一面会陷入永夜的状态。

总而言之，即使这个星球整体的平均气温是适合人居住的，它的一面也会过于炎热而另一面会过于寒冷。

除非有把热量从炎热地区转移到寒冷地区的方法。

由于地球自带倾斜角度，它不能够均匀地从太阳获得热量，尽管如此，它能通过季风和洋流运输热量来使气候变得适宜。

但是如果要在一个潮汐锁定的星球上高效地传递热量，季风和洋流就必须维持高速运转的状态——如果想要中和两极分化严重的气候，它们的运转速度就必须快于星球自转速度。

这种高速运转的现象在行星大气中常常发生。举个例子，当金星花费243个地球日慢吞吞自转一圈的同时，其大气每四个地球日就围绕表面流通一圈。土卫六，土星最大的一颗卫星，很有可能具备一个高速运转的大气环境。对于地球来说也是如此：赤道上方的高气压也能够达到一种高速运转的状态。

高速运转的大气覆盖面很广，但是事实上它通过水而不是大气来传递热量。如果一颗被潮汐锁定的系外行星想要维持温和的气候，那么它的洋流也同时需要呈现一种高速运转的状态。

系外星球上存在的物理现象

最近，一篇被刊登在arXiv上的新论文陈述了一些对系外星球的探索与收获。这篇新论文给我们带来了一些好消息：一些系外行星处于潮汐锁定环境中的同时产生了高速运转的洋流。根据这篇论文来看，这些系外行星上存在的高速运转的海洋最开始是由猛烈的风引起的，紧接着又和海洋深处的洋流相遇，形成进一步扩增。在一些存在自转现象的星球上，这些耦合波是很常见的，地球也不例外。这些耦合波中蕴含着巨大的压力和激流。

在一颗被潮汐锁定的星球上，耦合波的现象同样也存在。这些波浪相遇后相互作用，进一步引起更大更高流速的海浪，这种海浪的运转速度远高于星球的自转速度。

研究表明这些高速运转的洋流只会出现在中纬线附近，但与此同时这些洋流系统也会被各种不知名因素破坏。举个例子来说，如果洋流途径一个面积大到足以使它停止运转的大陆，那么洋流就会被大陆一点点消磨直至彻底消失。如果星球本身倾斜角度太大了或者海洋深度不足，也会导致洋流无法形成。

尽管如此，高速运转的洋流也是有可能出现在被潮汐锁定的星球上的，只有存在这样的洋流，这些系外行星才有孕育外星生命的可能性。星球的生命力能有多旺盛，取决于它运输大气和洋流的能力。

BY:Paul Sutter

FY: 冬逝

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关键词：运转速度