天文學家在系外衛星得出尋找地下海洋的公式

至目前為止，尋找外星生命的重點是，距母星有一定距離的岩石行星，在它表面可以存在液態水。但是在太陽系內，大多數液態水似乎都在該區域之外，潮汐將冰冷的氣態巨大行星周圍的衛星加熱到冰的熔化點以上。因此，如果我們也需要考慮這些行星的衛星，這樣其它系外行星系統中的搜索區域便會增加。荷蘭太空研究組織（Netherlands Institute for Space Research）和格羅寧根大學（University of Groningen）的研究人員現在已經找到一條公式來計算這些系外衛星（exomoon）的地下海洋是否存在和它在地殻中的深度位置。

在尋找外星生命的過程之中，主要是考察距母星一定距離的類地行星，那裡的溫度介於水的冰點和沸點之間。但是，如果以我們自己的太陽係為例，衛星內有海洋的機會看起來比行星更有希望。土衛二（Enceladus），木衛二（Europa）以及木星、土星、天王星和海王星的其他六個衛星都可能藏有一個地下海洋。雖然它們都位於傳統的適居帶之外，實際上是星球表面寒冷結冰，但是與它們的宿主行星的潮汐相互作用，會使到它們的內部變熱。

隨著衛星也列入尋找外星生命範圍，一些系外行星獵手，例如：荷蘭太空研究組織也在研究利用歐洲太空總署計劃將來發射的行星軌道和星振太空望遠鏡（PLAnetary Transits and Oscillations of stars，簡稱 PLATO，暱稱柏拉圖太空望遠鏡）用在尋找生命方面有新的目標。當天文學家發現系外衛星時，主要問題是液態水是否可能存在。荷蘭太空研究組織和格羅寧根大學的研究人員現在已經得出一條公式，該公式告訴我們系外衛星是否存在地下海洋及海洋的位置在那個深度。

馬克斯·普朗克太陽系研究所（Max Planck Institute for Solar System Research）的傑斯珀·喬亞（Jesper Tjoa）博士表示：按照最普遍的定義，我們的太陽系有兩顆具有宜居表面的行星：地球和火星。按照類似的定義，在表面以下大約有八顆具有潛在可居住條件的衛星。如果將擴展到其它系外行星系統，則可居住系外衛星數量可能是系外行星的四倍。考慮到這一點，喬亞博士和他的主管弗洛里斯·范德（Floris van der Tak）和米高·米勒（Migo Mueller）得出一條公式，該公式提供了海洋深度的下限。其中涉及的因素包括系外衛星的直徑，與母行星的距離，表面上的礫石層的厚度以及下面的冰​​層或土壤層的熱導率。前兩個因素是可測量的，其它兩個因素必須根據我們太陽系已知情況進行估算。

喬亞博士補充：儘管地下生命比表面生命更難找到，但在不久的將來有可能獲得間接證據，天文學家研究通過系外行星大氣層發出的星光。例如，它們可以識別氧氣。當未來的望遠鏡對準系外衛星時，他們可能會看到像土衛二上起源於地下海洋的間歇泉（geyser），從原理上可以識別出是否有存在的地下生命的可能。

【圖、文：節譯自荷蘭太空研究組織2020年4月23日新聞公佈】 研究全文刊登在2020年4月23日出版的《天文學與天體物理學報》