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系外行星正在经历平流层上升 。 自从第一颗被确认的行星绕另一颗恒星运行以来的三十年里 ， 科学家们已经对其中的 4000 多颗进行了编目 。 随着名单的增加 ， 寻找类地系外行星的愿望也在增加 ， 并确定它们是否可以像我们自己的地球一样成为维持生命的绿洲 。 未来几十年应该会启动新的任务 ， 这些任务可以收集更多关于系外行星的数据 。 预计这些未来的努力 ， 华盛顿大学和伯尔尼大学的一个团队已经计算模拟了超过 200000 个假设的类地世界 ， 与现代地球具有相同大小、质量、大气成分和地理的行星 ， 都在星星就像我们的太阳 。 他们的目标是模拟天文学家可以期望在真实的类地系外行星上找到哪些类型的环境 。 “我们基本上在不同类型恒星周围的世界上模拟了地球的气候 ， 我们发现在 90% 的地表有液态水的情况下 ， 没有冰盖 ， 如极冠 ， ”合著者、华盛顿大学的罗里·巴恩斯 ( Rory Barnes ) 说 。 华盛顿大学虚拟行星实验室的天文学教授和科学家 。 “当冰存在时 ， 我们看到冰带 ， 赤道沿线的永久冰 ， 实际上比冰盖更有可能 。 ”“观察类地行星上的冰层覆盖可以告诉你很多关于它是否适合居住的信息 ， ”威廉说 ， 他现在是虚拟行星实验室的研究科学家 。 “我们想了解所有参数 ， 轨道的形状、轴向倾斜、恒星的类型 ， 这些都会影响表面上是否有冰 ， 如果有 ， 在哪里 。 ”
该团队使用一维能量平衡模型 ， 在计算上模拟行星赤道和两极之间的能量流 ， 以模拟围绕 F 型、G 型或 K 型恒星的各种轨道配置的数千个假设系外行星的气候 。 这些类型的恒星 ， 包括我们自己的 G 型太阳 ， 很有希望在它们的可居住区（也称为“金发姑娘”区）中承载对生命友好的世界 。 F型恒星比我们的太阳更热、更大；K型恒星稍微冷一些 ， 更小一些 。 在他们的模拟中 ， 系外行星的轨道范围从圆形到明显的椭圆形 。 该团队还考虑了从 0 到 90 度的轴向倾斜 。 地球的轴向倾斜度适中 ， 为 23.5 度 。 倾斜 90 度的行星会“侧卧”并经历极端的气候季节性变化 ， 就像天王星一样 。 根据模拟 ， 每个世界都包含 100 万年的时间跨度 ， 类地世界显示的气候范围从全球范围内的“雪球”气候（在所有纬度都有冰）到热气腾腾的“潮湿温室” ， 可能类似于金星在失控的温室效应使其表面热到足以熔化铅之前的气候 。 但即使模拟中的大多数环境都介于这两个极端之间 ， 但只有大约 10% 的假设的宜居系外行星存在部分地表冰 。 该模型包括每个世界的轴向倾斜和轨道随时间的自然变化 ， 这部分解释了宜居系外行星上普遍缺乏冰的原因 ， 伯尔尼大学博士后科学家、虚拟行星研究员拉塞尔·戴特里克表示 。 实验室 。
“轨道和轴向倾斜总是在变化 ， ”Deitrick 说 。 “在地球上 ， 这些变化被称为米兰科维奇循环 ， 并且幅度非常小 。 但对于系外行星来说 ， 这些变化可能相当大 ， 可以完全消除冰或触发‘雪球’状态 。 ”当存在部分冰时 ， 其分布因恒星而异 。 在 F 型恒星周围 ， 极地冰盖 ， 就像地球目前的运动一样 ， 被发现的频率大约是冰带的三倍 ， 而冰带的发现频率是 G 型和 K 型恒星周围行星冰盖的两倍 。 威廉说 ， 冰带在轴向极端倾斜的世界上也更常见 ， 这可能是因为季节性极端事件使极地气候比赤道地区更不稳定 。 该团队关于这些模拟地球世界上冰的发现应该有助于通过向天文学家展示他们可以期待找到的东西 ， 特别是关于冰分布和气候类型的信息 ， 从而帮助寻找潜在的宜居世界 。 “地表冰具有很强的反射性 ， 可以通过我们的仪器塑造系外行星的‘外观’ ， ”Wilhelm 说 。 “无论是否存在冰也可以影响气候长期变化的方式 ， 无论它是否会变得极端 ， 比如‘雪球地球’或失控的温室 ， 或者更温和的东西 。 ”
【你想在系外行星上加一点冰吗？】不过 ， 冰本身或没有冰并不能决定宜居性 。 “可居住性包括许多活动部分 ， 而不仅仅是冰的存在与否 ， ”威廉说 。 根据巴恩斯的说法 ， 地球上的生命经历了雪球时期以及数亿年的无冰年 。 巴恩斯说：“我们自己的星球在它自己的历史上已经看到了其中一些极端情况 。 ” “我们希望这项研究通过展示什么是可能的、什么是常见的和什么是罕见的 ， 为即将到来的在系外行星大气中寻找可居住特征 ， 甚至直接成像系外行星 ， 奠定基础 。 ”近日 ， 华盛顿大学天文学专业的毕业生雷切尔·梅尔曼 是该论文的合著者 。 该研究由美国国家航空航天局通过向虚拟行星实验室提供资助 。
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