【直播】【红杉学社】南京邮电大学周江腾博士：行星科学研究的进展
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本次报告由红杉学社主办，于2021年8月1日20:00开始，授权蔻享学术进行网络直播。
人类存在于地球上已上千年，而地球在于太阳系中已有上亿年。宇宙中存在地球这种生命体的概率究竟有多少呢？
早在古希腊时期，就有哲学家指出：有序的世界是无边无际和有着不同的大小，并且它们有一些既不是太阳，也不是月球，而是其它的，不仅比我们大，数量也比我们多。而且在有序的世界之间的间隔是不平等的，这边的多一点，那边的就会少一点，有些蓬勃发展，有些衰败颓废，有些正在开始，有些已经黯然退场。但是它们会互相碰撞而毁坏。并且有些有序世界只有少数的动物、植物，其他都是水。
那么近代行星科学研究又有哪些进展呢？周江腾博士为大家简单讲解了近代理论发展。
# 什么样的世界条件适合生命演化 #
关于生命演化这个问题，目前有且仅有地球一个样本，而科学研究是保守的，要求我们从已知出发来探索未知。因此，对于生命演化理论，是以地球碳基生命为标准的。
（1）生命演化首先需要足够的时间，主流文献通常认为K型橙矮星和G型类太阳的黄矮星更加适合生命演化。M型红矮星寿命更长，但是存在潮汐锁定，超级耀斑和紫外辐射过强的问题（这会进一步导致磁场丧失和水的光化学逃逸问题），所以不太可能支持生命，尽管它在恒星中占有较大比重。
（2）行星的元素构成比例很重要。生命诞生需要行星本身含有足量的放射性元素用于驱动地热活动，同时需要足够的熔融态金属形成全球性磁场。有意思的是，放射性元素的含量、行星的金属含量、行星密度往往高度相关，现有的凌星观测法，就可以帮助计算行星的密度，并发现大量的系外类地行星的密度都小于地球，这也暗示了太阳作为一个G型恒星，它的高金属丰富是比较独特的。但是，金属丰度也不能太高，我们知道金属是还原性的，因此会吸收氧。地球生态圈用了30多亿年才将地球表面彻底氧化，而高金属丰度会增加氧化时间，这会浪费宝贵的进化时间窗口。
（3）行星的质量会决定不同物质的逃逸速度，因此不能太小。另外，还有些模型指出，类地行星不应超过1.5倍地球质量，半径不应超过地球的10%，否则会因为地幔粘性过高而阻碍板块构造运动，而这会影响岩石圈碳循环。
#系外行星研究为寻找地外文明
提供了哪些参考和帮助？#
寻找地外文明的概率可以由德雷克方程给出，包含七个输入参数，而系外行星研究可以比较精确的计算德雷克方程的前三个参数。第一个参数定义了银河系中的恒星形成率，接下来两个参数描述了行星存在宜居环境的可能，这几个因素依赖于天文观测和地质学研究，因此可以给出比较精确的估计结果。但是后面四个参数主要依靠猜想，例如生命诞生概率，文明诞生概率等。一些模型似乎暗示，简单生命的诞生比较容易，但是复杂生命比较难以出现。
# 近五年行星科学领域
有什么有趣的发现 #
得益于观测能力的提升，如最常用的凌星法和径向速度法，近五年我们发现了大量的系外行星并且从一定程度上刷新了我们对行星演化的认识。
（1）大量距离恒星非常近的行星。这说明行星轨道内迁是非常普遍的现象，而像太阳系这样没有发生内迁的行星系统是很少见的。
（2）大量超级地球。这类行星在太阳系也不存在，它们的大小介于地球与海王星之间。有种说法是太阳系早期也存在过超级地球，但是木星曾经内迁到了今天火星的位置，但随后又通过轨道共振退回现在的位置。这个过程会摧毁早期的超级地球，并使得太阳系的类地行星体积小于平均值。
（3）在超级地球中存在很多低密度星体，这类行星可能存在双层地幔，一层由硅酸盐矿物构成，另一层由“热冰”构成，那是水因为压力形成的固态物质。这类行星被称为海洋世界。
（4）大量高偏心率行星，这暗示了行星轨道会因系外恒星的引力扰动发生很大变化。
（5）基于观测数据，近几年还发展出一批新的行星演化模型，行星气候模型。例如潮汐锁定行星，水世界，沙漠世界，发展这些模型主要是为了模拟它们的宜居性。然而有些世界却很难模拟，比如碳世界，类似土卫六这种碳氧比很高的世界。
（6）地球的宜居性模型也有一定发展，现在行星科学界通常认为，地球的宜居性还剩下10亿年。地球的未来会因为太阳变热而走向金星化。
# 行星科学研究如何结合各个不同领域？
在什么方面融合？ #
行星科学是个交叉学科，例如计算恒星光热条件依靠恒星演化理论，还有星系演化理论，因为银河系也存在重元素宜居带。对于行星演化，我们依赖地质学理论，包括比较宏观的板块构造学和比较微观的矿物学。生命演化需要岩石圈、水圈、大气圈交界，水圈和大气圈高度相关，所以大气学通常用来解释行星表面温度演化的问题，行星的宜居带也是根据这个算出来的。
一些行星科学研究还会引用生物化学的论文，因为他们要探讨生命在不同物化条件下诞生的可能性。但是这方面的引用通常比较弱一些，因为关于生命起源，学界的声音还不是很统一。行星科学还会引用一些非实证的研究，比如用Doomsday Argument估计文明的寿命，用一些先验的文明诞生-衰亡假设来估计银河系文明的数量，这些研究实证意义不大，但是提供了很有意思的思维角度。
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