由美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的朗尼·谢赫曼设计 这张图片展示的是2015年10月美国宇航局的卡西尼号飞船穿过土卫二上的羽状物
信用:美国航天局/JPL-加州理工学院 几年前，行星科学家林奈·奎克开始怀疑4000多颗已知的系外行星或太阳系以外的行星是否与木星和土星周围的一些水卫星相似
尽管这些卫星中的一些没有大气层并且被冰覆盖，但它们仍然是美国宇航局寻找地球以外生命的首要目标之一
被科学家归类为“海洋世界”的土星卫星恩克拉多斯和木星卫星欧罗巴就是很好的例子
专门研究火山活动和海洋世界的美国宇航局行星科学家奎克说:“从欧罗巴和恩克拉多斯喷发出的水柱，我们可以看出这些天体的冰壳下有地下海洋，它们有驱动水柱的能量，这是我们所知的生命的两个要求。”
“所以，如果我们认为这些地方可能适合居住，那么其他行星系统中更大的地方也可能适合居住
" 马里兰州格林贝尔特美国宇航局戈达德太空飞行中心的奎克决定探索——假设——银河系中是否有类似欧罗巴和恩克拉多斯的行星
而且，它们在地质上是否也足够活跃，以至于有一天可以通过望远镜探测到穿过它们表面的羽状物
通过对几十颗系外行星的数学分析，包括附近的特拉普斯特-1系统中的行星，奎克和她的同事们了解到一些重要的东西:他们研究的系外行星中有超过四分之一可能是海洋世界，其中大多数可能在表层冰层下隐藏着海洋，类似于欧罗巴和恩克拉多斯
此外，这些行星中的许多可能比欧罗巴和土卫二释放更多的能量
科学家也许有一天能够通过测量太阳系外行星发出的热量，或者通过检测行星大气中分子发出的光波长中的火山或低温火山爆发(液体或蒸汽，而不是熔融岩石)来测试奎克的预测
目前，科学家无法详细观察许多系外行星
唉，他们离得太远，被星星的光芒淹没了
但是通过考虑唯一可用的信息——系外行星的大小、质量和离恒星的距离——像奎克和她的同事这样的科学家可以利用数学模型和我们对太阳系的理解来尝试想象将系外行星塑造成宜居世界的条件
虽然这些数学模型中的假设是有根据的猜测，但它们可以帮助科学家缩小有希望的系外行星的名单，以寻找有利于生命的条件，以便美国宇航局即将进行的詹姆斯·韦伯太空望远镜或其他太空任务能够跟进
“未来寻找太阳系以外生命迹象的任务将集中在像我们这样的行星上，这些行星有一个如此丰富的全球生物圈，它正在改变整个大气层的化学性质，”美国宇航局戈达德天体物理学家阿基·罗伯特奇说，他与奎克合作进行了这项分析
“但是在太阳系中，远离太阳热量的带海洋的冰冷卫星仍然显示出它们具有我们认为是生命所必需的特征
" 为了寻找可能的海洋世界，奎克的团队选择了53颗大小与地球最相似的系外行星，尽管它们的质量可能是地球的八倍
科学家假设这种大小的行星比气态行星更坚固，因此更有可能在其表面或表面下支持液态水
自从奎克和她的同事们在2017年开始研究以来，至少又发现了30颗符合这些参数的行星，但他们没有被包括在6月18日发表在《太平洋天文学会出版物》杂志上的分析中
随着他们的地球大小的行星被确定，奎克和她的团队试图确定每个行星能产生和释放多少热量
该小组考虑了两种主要的热源
第一种是辐射热，由行星地幔和地壳中的放射性物质缓慢衰变产生，历时数十亿年
衰变速度取决于行星的年龄和地幔质量
其他科学家已经确定了地球大小行星的这些关系
因此，奎克和她的团队将衰变率应用于他们列出的53颗行星，假设每颗行星与其恒星年龄相同，并且其地幔所占行星体积的比例与地球地幔所占的比例相同
这张动画图显示了有海洋和没有海洋的太阳系外行星的预测地质活动水平，以及有海洋和没有海洋的太阳系天体的已知地质活动水平
荣誉:林奈·奎克&詹姆斯·特拉里/美国宇航局戈达德太空飞行中心 接下来，研究人员计算了其他东西产生的热量:潮汐力，这是一个物体围绕另一个物体运行时重力牵引产生的能量
行星在伸展或椭圆轨道上运行时，会改变它们和恒星之间的距离
这导致两个物体之间的引力发生变化，并导致行星伸展，从而产生热量
最终，热量通过表面散失到空间
热量的一个出口是通过火山或低温火山
另一条路线是通过构造，这是一个地质过程，负责行星或月球最外层岩石或冰层的运动
无论热量以何种方式释放，知道一颗行星排出了多少热量是很重要的，因为它可能决定或破坏可居住性
例如，过多的火山活动会把一个宜居的世界变成一个融化的噩梦
但是太少的活动会停止构成大气的气体的释放，留下寒冷、贫瘠的表面
恰到好处的数量可以支持像地球这样适宜居住的潮湿星球，或者像欧罗巴这样可能适宜居住的卫星
在接下来的十年里，美国国家航空航天局的欧罗巴快船将探索欧罗巴的表面和地下，并提供关于表面下环境的见解
科学家对木卫二和太阳系中其他可能适合居住的卫星了解得越多，他们就越能更好地理解其他恒星周围的类似世界——根据今天的发现，这些星球可能非常丰富
“即将到来的任务将使我们有机会看到太阳系中的海洋卫星是否能支持生命，”奎克说，他是快船任务和土星卫星泰坦蜻蜓任务的科学小组成员
“如果我们发现了生命的化学特征，我们可以尝试在星际距离寻找类似的迹象
" 当韦伯发射时，科学家们将试图检测特拉普斯特-1系统中一些行星大气中的化学特征，该系统位于39光年之外的水瓶座
2017年，天文学家宣布这个系统有七颗地球大小的行星
一些人认为这些行星中的一些可能是含水的，奎克的估计支持这一观点
根据她的团队的计算，TRAPPIST-1 e，f，g和h可能是海洋世界，这将使他们成为科学家在这项研究中确定的14个海洋世界之一
研究人员通过考虑每个系外行星的表面温度，预测这些系外行星有海洋
每个行星反射到太空的恒星辐射量揭示了这一信息
奎克的团队还考虑了每颗行星的密度，以及与地球相比它产生的内部热量的估计值
“如果我们看到一颗行星的密度低于地球的密度，这表明那里可能有更多的水，而没有那么多岩石和铁，”奎克说
如果地球的温度允许液态水存在，你就有了一个海洋世界
“但是如果一颗行星的表面温度低于32华氏度(0摄氏度)，那里的水是冻结的，”奎克说，“那么我们有一个冰冷的海洋世界，这些行星的密度甚至更低。”
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