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银河系行星或普遍拥有对流层顶 有助寻宜居星球

http://www.kexue.com 2013-12-13 16:21:43 科技日报  发表评论

  华盛顿大学的天文学家发现,地球的大气与木星、土星、天王星和海王星的大气所共有的对流层顶这一特点,很可能也是银河系数十亿行星普遍具有的。了解这一点或许有助于寻找可能适合人类居住的外星球。

  众所周知,在海拔越高的地方,大气变得越冷、越稀薄。但在1902年,一位名叫里昂-泰塞伦-德波尔的科学家利用配备了仪器的探空气球,发现在地球大气层大约4万到5万英尺(约1.2万到1.5万米)高度处,大气不但停止了降温,反而开始变得越来越暖和。

  他为这种无形的转变创造了一个术语“对流层顶”,并以此为界,将其上方的大气层称为“平流层”,而下方我们所生活的大气层称为“对流层”——这些术语一直被我们沿用至今。

  到了20世纪80年代,美国国家航空航天局(NASA)的航天器发现,对流层顶也存在于木星、土星、天王星、海王星等行星以及土星最大的卫星土卫六泰坦的大气中。并且值得注意的是,对于这些不同的星球而言,大气温度的转变都发生在大致相同的气压水平——约0.1巴(1巴=10万帕斯卡),相当于地表大气压的约十分之一。

  现在,华盛顿大学天文学家泰勒-罗宾逊和行星科学家大卫-卡特林在12月8日《自然-地球科学》杂志网络版发表的论文中表示,基本物理学可以说明为什么会出现这种情况,并提出,整个银河系的数十亿颗拥有厚大气层的行星和卫星很可能普遍拥有对流层顶。

  “红外辐射的物理现象可以对此作出解释。”罗宾逊说。大气中的气体通过吸收红外光来获得能量,这些红外光或者来自一颗被太阳光照射的岩石行星表面,或者来自与木星类似的行星的深层大气中。

  使用分析模型,卡特林和罗宾逊表明,高海拔的大气因处于低压环境,在热辐射下会变得透明。而在气压约为0.1巴的气层以上,随着海拔高度增加,巨行星(以及地球和泰坦)的大气会因吸收可见光或紫外线而不断升温。

  他们在论文中写道,这提供了一个经验法则,即发生温度转变的对流层顶的大气压约为0.1巴,而这一点应该适用于大量拥有能够吸收紫外线或可见光的平流层气体的行星。

  天文学家可以此来推断行星的表面温度和压力条件,以及这些条件是否允许一颗岩石行星的表面存在液态水上,这是判断该星球是否有可能适合人类居住的关键要素。

  “接下来我们就可以开始描述这个星球的特征了。”罗宾逊说,“我们知道温度从对流层顶的下方开始将会升高,我们有一些模型来分析这种温度增加,因此,有了这些帮助,我们就可以开始向下推断(该星球的)表面了。”

  他补充说:“这很棒,普通物理学不仅解释了太阳系(行星)的大气是怎么回事,而且也可能有助于寻找外星生命。”

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