洋流，季風？該如何使潮汐釘選的星球變得宜居？

2024-09-14科學

水能載舟，亦能覆舟.解除潮汐釘選的關鍵是其本身？

高速運轉的洋流能否中和存在極端氣候的系外行星？

高轉速能夠使被潮汐釘選的星球變得宜居

在科學家的描述中，比鄰星b 有近似於地球的大小，同時它沿著紅矮星——比鄰星軌域上的「宜居帶」內運轉。但是比鄰星b似乎被潮汐釘選了，因為它總是以同一面朝向它的宿主星。（圖片源自：ESO/M。Kommesser）

天文學家們一直在小小的紅色恒星附近尋找可能存在的宜居星球。但是那些星球幾乎都是被潮汐釘選的，因為它們總是用相同的一面朝著它們的宿主星。

這些跡象表明了想要在那些外星球上生存是十分困難的，但是最新的研究可能發現了使那些星球降溫的方法：讓那些星球上的海洋流動速度高於它們的自轉速度。

把它鎖住

我們已經那顆紅矮星附近發現了大量的系外行星。在NASA的克卜勒計劃（這個計劃由淩星系外行星巡天衛星和大量地基計劃組成）的幫助下（它的資料庫在天文望遠鏡廢棄後仍然由富余），天文學家透過在執行軌域上繞行來探索那些遠距離行星，最終目的就是：找到一顆圍繞類太陽恒星運轉的類地行星，與此同時它們之間的距離必須足夠合適，這顆恒星散發的熱量足以融化行星上覆蓋的冰，但又不至於把冰全部融化蒸發。

這就是所謂的「宜居帶」，位於宜居帶的行星上的液體能夠維持在一種良性迴圈的狀態。盡管我們還沒有找到完全像地球那樣適合我們生存的星球，但我們找到了一顆類似的：這些行星和地球差不多大，在宜居帶內繞行，不同的是它們圍繞一顆紅矮星運轉。

令人感到驚奇的是，紅矮星是目前在星系中最普遍的恒星，因此我們一定能在眾多紅矮星的宜居帶處發現大量行星，但與此同時這些行星很多都是被潮汐釘選的，這也讓人感到沮喪。

當一個小的星體靠近大的星體時（就好比月球圍繞地球運轉，行星圍繞恒星運轉），偏大的星體會在小的星體上引發潮汐現象（嚴格意義上來說，小星體也能在大星體上誘發潮汐，但它們幾乎是微不足道的，我們沒有必要去關註）。當那些潮汐匯聚在一起時，小的星體會逐漸呈現出一種不平衡的狀態：不是恢復到以往正常的自轉狀態，而是趨向於「被釘選」。這種釘選狀態會迫使小星體在特定的軌域上圍繞大星體運轉。這種現象就好比我們所看到的滿月，在滿月時月球就被地球潮汐釘選了，它總是以相同的一面朝向地球，並且直到宇宙終結我們也不可能一睹月球背面的真容。

最優的自轉狀態

潮汐釘選是我們目前已知最壞的情況了。如果你身處於一顆圍繞紅矮星公轉的行星，來自紅矮星的光照太微弱了，微弱到幾乎只有貼著這顆紅矮星才能使這顆行星產生宜居帶，但是太近的距離意味著你會潮汐釘選的現象影響到，也就是說在這種情況下行星的一面會一直面對著恒星，而另一面會陷入永夜的狀態。

總而言之，即使這個星球整體的平均氣溫是適合人居住的，它的一面也會過於炎熱而另一面會過於寒冷。

除非有把熱量從炎熱地區轉移到寒冷地區的方法。

由於地球內建傾斜角度，它不能夠均勻地從太陽獲得熱量，盡管如此，它能透過季風和洋流運輸熱量來使氣候變得適宜。

但是如果要在一個潮汐釘選的星球上高效地傳遞熱量，季風和洋流就必須維持高速運轉的狀態——如果想要中和兩極分化嚴重的氣候，它們的運轉速度就必須快於星球自轉速度。

這種高速運轉的現象在行星大氣中常常發生。舉個例子，當金星花費243個地球日慢吞吞自轉一圈的同時，其大氣每四個地球日就圍繞表面流通一圈。土衛六，土星最大的一顆衛星，很有可能具備一個高速運轉的大氣環境。對於地球來說也是如此：赤道上方的高氣壓也能夠達到一種高速運轉的狀態。

高速運轉的大氣覆蓋面很廣，但是事實上它透過水而不是大氣來傳遞熱量。如果一顆被潮汐釘選的系外行星想要維持溫和的氣候，那麽它的洋流也同時需要呈現一種高速運轉的狀態。

系外星球上存在的物理現象

最近，一篇被刊登在arXiv上的新論文陳述了一些對系外星球的探索與收獲。這篇新論文給我們帶來了一些好訊息：一些系外行星處於潮汐釘選環境中的同時產生了高速運轉的洋流。根據這篇論文來看，這些系外行星上存在的高速運轉的海洋最開始是由猛烈的風引起的，緊接著又和海洋深處的洋流相遇，形成進一步擴增。在一些存在自轉現象的星球上，這些耦合波是很常見的，地球也不例外。這些耦合波中蘊含著巨大的壓力和激流。