鲁达 超越水世界假说|费米悖论
费米悖论是恩里科费米提出的基本假设，它基于宇宙的漫长年龄和巨大恒星的数量，经过一系列计算，发现了对——地外文明存在性的高估，与地外文明存在的相关证据相矛盾。约翰f肯尼迪，《美国电视剧》)所以，在1950年夏天某顿午餐的闲聊中，费米问道：“外星人都在哪里？”提议说。著名的问题。
简而言之，费米悖论是指缺乏Extra Terrestrial Intelligence(ETI)存在的概率高的估计和明显的证据。
所以今天，我们研究费米悖论的另一种可能性——很多行星的水太多了！(威廉莎士比亚、费米悖论、费米悖论、费米悖论、费米悖论、费米悖论、费米悖论)
这被称为“水系统假说”，这个理论认为很多系外行星是“水系统”，那里水太丰富，生命出现和发展的可能性很小。
“水世界”一词被用来描述表面有大量水的陆地(岩石)行星。这个星球上的水构成了他们的主要质量和组成部分。守势假说的核心是关于我们宇宙生命存在条件的核心假说。
Kepler-22b的概念图——是可能的“水世界”。资料来源：NASA/Ames/JPL-Caltech
参考我们地球和地球上进化的所有物种，科学家们必须假设水是生命的关键成分。在所有已知溶剂中，水是生命能够生存的唯一溶剂，地球上几乎所有已知生物都依靠水生存。
这就提出了寻找外星生命的基本观点：在寻找外星生命的过程中，水被认为是一种“生物学特征”。当然，理论上，即使存在太多的水，也有一些重要的过程会阻碍生命的发展。要理解具体内容，首先快速查看相关术语。
生物学特征
“生物特征”一词是指过去或现在存在生命的证据。它们可能是某种化合物、同位素或反应过程。更具体地说，它们表明存在消耗自由能和产生有机废物的复杂过程。包括氢、氧、二氧化碳、甲烷、水、硫磺和磷化合物。
水当然是最受欢迎的生物特征之一。因为它是唯一已知生命的存在溶剂，对地球上几乎所有已知的生命形态都非常重要。但是，虽然水复盖了地球表面的71%，但它只占地球总质量的0.02%。这个质量更高意味着行星完全被深度较大的海洋覆盖，这可能会影响宜居性。
，长度10:59
这类似于“适合暂时居住的星球”。在那个岩石行星上，似乎有丰富的氧气，这种氧气在起源上不是生物活动的结果。相反，氧气被认为是化学解体的结果。也就是说，紫外线辐射会分解大气中的水蒸气，从而产生氢气和氧气。
当更轻的氢分散到太空中时，氧气由行星的重力维持。但是，氧气含量高的基本生命形式有毒的——是绿藻类细菌等光合生物，所以这些氧气的存在实际上可以防止生命的出现。
也许同样的道理也适用于过量的水。
起源
守势假说是最近发现的系外行星的产物，但其基础可以追溯到几十年前。例如，大卫布林在1983年的开创性研究中总结了这个假设背后的思想。
水覆盖了地球表面的70%以上。然而，也许地球正处于宜居世界最干燥的阶段。如果陆地面积更小，或者根本没有陆地，那么几乎没有机会进化出可以使用工具的物种。开玩笑地说，宇宙中最聪明的物种可能是鲸鱼的外貌，但从未想过使用收音机或去其他星球旅行。(莎士比亚)。' '
三个系外行星的排列根据化学成分和进入的流动来探究大气为什么看起来如此不同。
作者：Jack H. Madden(使用许可)
哈佛史密森天体物理中心(CfA)和哈佛大学理论与计算研究所(ITC)的两位研究员Manasvi Lingam和Abraham Loeb也提出了类似的观点。在2018年的一项研究中，这两位研究员调查了海洋和大陆在生命出现过程中扮演的角色。
最后，他们得到了两个可能的答案。另一方面，他们的计算表明，海洋和陆地之间的谨慎平衡对复杂生物圈的出现至关重要。另一方面，他们认为像地球这样陆地面积和海洋面积比例为3: 7的行星在我们宇宙中相当罕见。
近年来，天文学家还观察到行星质量和构成中水的比例可能比以前想象的要大。另一方面，据调查，在恒星的这个带(HZ)内运行的系外行星完全被水复盖。
。同时，在过去的十年里，还有大量属于m型(红矮星)恒星系统的岩石行星。包括比邻星b——离太阳系最近的系外行星光年)，它的轨道以其恒星的宜居带为单位。在2016年的一项研究中，Bastien Brugger和Pale Red Dot团队创建了一系列内部结构模型，这些模型显示了这些行星主要是由水组成的。
一个水世界，它面向太阳的一面存在液态水的海洋。来源：eburacum45/ DeviantArt
假设比邻星b是一颗岩石行星，没有大质量的大气层，布鲁格和他的同事们得出结论，这颗行星的最大半径可能是地球的1.4倍，质量是地球的1.46倍。然而，这些参数还包括高达50%的水的质量占比，这意味着它很可能是一个"海洋行星"，并且有一个冰冻的冰壳。
随后，伯尔尼大学的研究人员进行了一项类似的研究，该研究检查了小质量恒星(又称红矮星)周围行星的形成。他们的结果显示，这些行星的半径为地球半径的0.5-1.5倍(平均半径为1倍地球半径)，在90%的情况下，水占行星质量的10%以上。
2017年，天文学家证实，在TRAPPIST-1周围存在7颗岩石行星，其中3颗在该恒星的宜居带范围内。从那时起，多项研究表明，该系统可能拥有丰富的水资源。然而，2018年由亚利桑那州立大学地球和空间探索学院(SESE)领导的一项研究计算了TRAPPIST-1行星的含水量，并得到了类似的结果。
基于他们的"质量-半径-组成"模型，他们发现最内侧行星(b和c)是"干燥的"——只有15%的质量水，而最外层行星(f和g)有超过50%的质量水。2018年，由哈佛大学研究人员李增(Li Zeng，音译)领导的一个国际科学家小组检查了来自开普勒太空望远镜和盖亚(Gaia)任务的数据，以确定"水世界"到底有多普遍。
比邻星b围绕着距离太阳系最近的红矮星——比邻星运行。来源：ESO/M. Kornmesser
由此，李增和她的同事能够创建一个模型来显示质量和半径之间的关系。他们发现，半径是地球的2.5倍(质量是地球的10倍左右)的行星可能是水世界——水大约占其质量的50%。简而言之，他们发现在所有已知的比地球大的系外行星中，大约35%的行星应该富含水。
影响
对于寻找生命来说，不太可能有很多系外行星是水世界。例如，水的质量高达50%的行星，其海洋深度可能达到几公里。也就是说，这些行星将由位于岩石核周围的高压冰层之上的液态海洋组成。
岩石内核和海洋表面之间的冰会阻止通过地热活动进行的能量交换。在地球上，地核-地幔边界的地热喷口被认为是生命出现的关键。在像木卫二和其他冰质卫星这样的海洋星球上，这种活动被认为是海洋中任何生命存在的必要条件。
考虑到它们的共性，有没有可能因为水世界的稀少而导致宇宙中生命的稀少呢? 也就是说，我们所知的生命之所以罕见，不是因为关键的生物特征太少了，而是因为它的数量太多了。这和许多天文学家所期望发现的完全相反，但它确实为费米悖论提供了一个可能的解决方案。
批判
虽然这个假设对于费米悖论来说很有吸引力，但它确实排除了水世界上存在生命的可能性。例如，在2018年地球物理学家埃德温·凯特(Edwin Kite)和天体物理学家埃里克·福特(Eric Ford)的一项名为"系外行星水世界的可居住性"的研究中，两人认为水世界可以在没有地质活动或陆地块的情况可以下保持碳循环，因此也适宜居住。
在地球上，由于大气中相对稳定的二氧化碳水平，温度一直保持稳定。这是由于碳循环中，温室气体通过地幔的对流被矿物质吸收，然后通过火山活动周期性地释放回大气中。在这种情况下，地质活动对维持可居住性至关重要。
这样的过程在水世界是不可能的，因为星球的整个表面由水和地热活动组成，无法将物质或能量转移到大气中。但根据凯特和福特所做的模拟，水世界将能够在大气和海洋之间循环足够的碳，以维持几十亿年的稳定气候。
此外，宾夕法尼亚州立大学(Pennsylvania State University)的地球物理学家布拉德福德·弗利(Bradford Foley)和安德鲁·斯迈(Andrew Smye)在2018年的一项研究显示，板块构造对于维持行星上的宜居条件并不是必要的。在这里，研究小组也表明，碳循环可以在没有火山活动的地壳对流的情况下维持(前提是地幔中有足够数量的放射性元素)。
，时长55:20
哥白尼原理和人择原理
另一个需要考虑的重要问题是，这一假设提出了关于地球和陆地生命性质的问题。特别是，它再次引发了关于地球是一个典型的宜居行星还是一个罕见的(甚至是独特的)案例的争论。前一种可能性是哥白尼原理(也叫平庸原则)的一个例子，即地球和人类在观察宇宙方面并没有特权地位。
与此相反，人择原理认为科学观察是可能的，因为宇宙的法则与有知觉的生命的发展是相容的。在宇宙学方面，人择宇宙学原理认为，人类和地球确实处于特权地位，而不是常态的一个例子。
从这方面来说，水世界假说可能表明，像地球这样的行星在宇宙中实际上是相当罕见的。考虑到它们是否适宜居住，这可能意味着像人类这样的物种(陆地的，使用工具的，等等)是极少数的，或者仅仅是独一无二的。不管怎样，这可能解释了为什么我们没有任何人的消息！
虽然科学家们不能完全确定水世界是否真的无法维持生命，以及水世界在太阳系以外的行星中所占的比例是否足够多，但这个假设确实反映了近年来我们对系外行星的认识有了显著增长。这也提醒我们，哥白尼原理与人择原理之间的争论远未结束。
几颗围绕超冷红矮星TRAPPIST-1运行的行星。来源：ESO
不过，它还是相当耐人寻味的。也许大卫·布林(David Brin)说得最好：
"事实证明，我们的地球滑过了太阳持续存在的宜居带的最内侧。地球可能是非常独特的。这可能是因为我们离太阳太近了，所以我们有一个富含氧气的大气层，而且，作为‘水世界’，我们的海洋也异常的少。"
"在这种情况下，像我们这样解放双手、可以使用火的生物的进化，可能在银河系中非常罕见。此时，当我们建造星际飞船并前往那里时，也许我们会发现很多很多的生命世界，但它们都像波利尼西亚。我们会在太空中发现许许多多的智慧生命，但它们都是像海豚、鲸鱼、乌贼之类的生物，它们永远也造不出自己的星际飞船。"
原文链接：
来源：中科院高能所
编辑：谦、yrLewis