宇宙中的巨型气态行星如何威胁附近类地世界的生命

研究表明，其他恒星系统中的巨型气态行星经常通过破坏轨道和气候而使它们类似地球的邻居无法居住。与木星在太阳系中的保护作用不同，这些行星经常阻止稳定、支持生命的条件的发展，突出了我们行星配置的特殊性质。艺术家描绘了一个挤满了巨型行星的太阳系外。图片来源：NASA/Dana Berry

该研究还揭示了它们如何阻止其他太阳系中的生命。
在一些行星系统中，大型气态巨行星可以充当混沌的媒介，对其邻近的类地行星的宜居性构成威胁。新的研究表明，这些巨行星往往会把较小的行星踢出轨道，并对它们的气候造成严重破坏。

木星是迄今为止太阳系中最大的行星，起着重要的保护作用。它巨大的引力场使彗星和小行星偏转，否则可能会撞击地球，有助于为生命创造一个稳定的环境。然而，宇宙其他地方的巨型行星并不一定能保护它们较小的岩石行星邻居上的生命。

对宜居区的威胁
《天文学杂志》（Astronomical Journal）的一篇新论文详细介绍了附近恒星系统中大质量行星的引力如何可能将它们与地球相似的邻居抛出“宜居带”。这个区域被定义为与恒星的距离范围，这些距离足够温暖，液态水存在于行星表面，使生命成为可能。

与大多数其他已知的太阳系不同，HD 141399中的四颗巨行星离它们的恒星更远。这使它成为与我们的太阳系进行比较的良好模型，在太阳系中，木星和土星也离太阳相对较远。

“就好像他们有四个木星，就像破坏球一样，把一切都扔得乱七八糟，”加州大学河滨分校天体物理学家、该期刊论文的作者斯蒂芬凯恩说。

考虑到有关该系统行星的数据，凯恩进行了多次计算机模拟，以了解这四颗巨行星的影响。他特别想看看这个恒星系统中的宜居带，看看地球是否可以在那里保持稳定的轨道。

“答案是肯定的，但可能性很小。只有少数几个区域，巨人的引力不会将一颗岩石行星击出其轨道并使其飞出该区域，“凯恩说。

超出宜居带的破坏性影响
虽然这篇论文显示了宜居带外的巨型行星破坏了生命的机会，但第二篇相关论文显示了该区域中间的一颗大行星将如何产生类似的效果。

第二篇论文也发表在《天文学杂志》上，研究了距离地球仅30光年的恒星系统GJ 357。作为参考，该星系的直径估计为100,000光年，因此这个系统“肯定在我们的附近，”凯恩说。

早期的研究发现，这个系统中的一颗行星，名为GJ 357 d，位于该系统的宜居带，其质量约为地球质量的六倍。然而，在这篇题为“混沌特工”的论文中，凯恩表明质量可能要大得多。

“GJ 357 d的质量可能高达10个地球，这意味着它可能不是陆地上的，所以你不可能在上面有生命，”凯恩说。“或者至少，它无法承载我们所知道的生命。

在论文的第二部分，凯恩和他的合作者，UCR行星科学博士后学者Tara Fetherolf证明，如果这颗行星比以前认为的要大得多，那么肯定会阻止更多类似地球的行星居住在它旁边的宜居带中。

尽管在这个系统的宜居带中也有少数几个地球可能居住的地方，但它们的轨道将围绕恒星高度椭圆。“换句话说，轨道会在这些行星上产生疯狂的气候，”凯恩说。“这篇论文确实是一个警告，当我们在宜居带中发现行星时，不要假设它们能够自动承载生命。

最终，这两篇论文表明，在宇宙其他地方找到合适的环境来容纳生命是多么罕见。“我们的工作让我们有更多理由非常感谢太阳系中的特殊行星配置，”凯恩说。