科学家重新定义“宇宙海岸线”，宜居行星生死边界或将改写
科学家重新定义“宇宙海岸线”，宜居行星生死边界或将改写
人类的“宇宙海岸线”在哪里？NASA科学家凯文·赞勒在上世纪80年代就画出了这条决定外星生命分布的关键界限。随着詹姆斯·韦布太空望远镜的新一轮观测，这条“海岸线”正在被重新定义。
天文学家正在追踪一个可能决定外星生命分布的关键变量——行星大气的生死线。这条线，NASA科学家凯文·赞勒（Kevin Zahnle）在上世纪80年代就画出来了，他称之为宇宙海岸线。
它的逻辑很简单。行星能不能留住大气，不仅取决于它起初有没有大气，还要看它能不能守住这层气体。太阳风、紫外辐射、小行星撞击，都是“抢劫犯”。行星的引力强，能更好地把大气锁住；受到的辐射和撞击强，气体更容易被剥离。画个图，逃逸速度在一轴，受到的辐射量在另一轴，一条界限跃然纸上——海这边，有大气；海那边，真空。
当年，这个想法没什么人理。科学家们更关心行星怎么得到大气，而不是怎么丢掉大气。大部分人都盯着“起点”，只有少数人关心“结果”。
几十年过去，形势变了。
上世纪90年代，天文学家开始在太阳系外发现行星。现在，确认的系外行星接近6000颗。宇宙海岸线不再是纸上谈兵，而是成为寻找宜居行星的第一道筛网。
NASA的詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST）正在进行新一轮“空气检测”。目标明确：找出哪些系外行星有大气。没有大气，就不可能有地球式的生命。这是个一票否决的问题。
问题是，海岸线画在哪？
太阳系内部，赞勒的图表很好用。逃逸速度低、离太阳近的星球，比如月球、水星，几乎没大气。逃逸速度高的，比如金星、地球、木星，气体稳稳当当。但太阳系是个样本量极小的封闭实验室，到了银河系，这条线还成立吗？
有些数据支持海岸线理论。JWST观测了几颗绕红矮星（M型恒星）运行的行星，它们大多位于赞勒划出的“真空区”。结果符合预期：要么完全没有大气，要么就像金星一样，被高温烧掉了轻质气体，只剩下浓厚的二氧化碳外壳。
但新的观测也带来了麻烦。
有的行星处在“无气区”，却可能仍然保留了一层大气。比如TRAPPIST-1 b，它的温度和辐射水平都符合“应该没大气”的标准，但JWST的观测暗示，它可能有一层薄薄的二氧化碳。
到底是规则有例外，还是规则本身就不稳？
争议焦点在于，哪种机制对行星大气影响最大。
传统的宇宙海岸线只考虑了两件事：行星引力（逃逸速度）和恒星光照（总辐射量）。但问题是，行星的大气不止被晒跑，还可能被撞掉。
如果行星离恒星近，流星和小行星撞击的概率更大，撞击的速度更快。撞击能直接剥离大气层。计算结果表明，考虑撞击因素后，赞勒的“海岸线”仍然能很好地划分有大气和无大气行星。
但到了红矮星系统，一切都变复杂了。
红矮星是银河系里最常见的恒星类型，约占70%。它们小、暗、长寿，但年轻时脾气暴躁，X射线和紫外线辐射强烈，可能会把附近行星的空气层“烤”个精光。
这样的话，围绕红矮星的行星是不是都成了真空世界？
目前答案还不明朗。
部分天文学家认为，红矮星的紫外线才是决定性因素，而不是总辐射量。如果这个理论成立，赞勒的“海岸线”就得改。JWST的观测也支持这一观点：有些行星按传统模型应该保留大气，但它们的恒星X射线过强，结果仍然成了无空气的“太空岩石”。
换句话说，大气逃逸不是一条单一的海岸线，而是一片模糊的滩涂。有的地方被淹，有的地方裸露，有的地方还在潮起潮落。
这影响的不只是行星气候模型，还有整个系外生命探索计划。
目前的大部分宜居行星搜索，都聚焦在红矮星系统。因为红矮星暗，行星在它们前面经过时，望远镜更容易捕捉到微弱的大气信号。如果红矮星系统的行星最终都是无空气的“死石头”，那么我们等于在错误的地方找外星生命。
JWST已经开始“划线”。最新的目标是LTT 1445 A b——这颗行星在“总辐射海岸线”的一侧，但在“X射线海岸线”的另一侧。它有空气，还是没有？这个答案可能决定未来十年的系外生命搜寻战略。
如果红矮星系统大规模失去大气，意味着地球这样的行星可能比想象中更罕见。反过来说，如果红矮星行星可以再生大气，那么宇宙海岸线就不像想象的那么致命。新模型表明，一些行星可能通过火山活动或地质过程补充气体，甚至在数亿年后重新形成空气层。
海岸线是静态的吗？可能不是。它更像是一个生态系统，有些地方长时间干涸，有些地方周期性被潮水淹没，有些地方可能意外地“长出”新的空气。
最终的问题是：如果空气可以回来，生命是否也可以？
JWST的数据仍在累积，但一条新的宇宙地理图已经在成型。未来，天文学家会绘制出完整的海岸线地图，标出哪些地方被永久侵蚀，哪些地方仍然“适合游泳”。
到那时，我们或许才会真正知道，地球是幸运儿，还是宇宙常态。