TRAPPIST-1行星系统的概念图
图：NASA/JPL-Caltech
要达到可居住，星球上就要有液态水。细胞是生命的最小单位，需要水来完成机能运转。而要存在液态水，星球的温度也得是正确的。
但星球的大小呢？
如果质量太小，就没有足够的引力能支撑液态水。一项新研究试图了解，星球的大小如何影响其持水保水的能力，并继而影响到它的可居住性。
一颗行星可居住的条件究竟是什么，这是一个争论不休的话题。不仅是系外行星，对于太阳系内的一些卫星也是一样。
科学家们知道，一颗行星要维持液态水，需要从它的恒星接收多少能量。
这也是“可居住带”（Goldilocks Zone）的概念，即一片离恒星不远、不近、正好能让行星维持液态水的区域。
随着在居住带内寻找系外行星的工作量不断增加、技术不断更迭，科学家们需要更多的约束条件来确定他们应该把资源花费在哪种类型的行星上。
如该研究所示，行星的质量或许就是约束条件之一。
该研究的论文题目是《低重力水世界的大气演化》，已发表于《天体物理学杂志》。其主要作者是来自麻省理工学院的Constantin W. Arnscheidt。
为了维持其表面和大气中的液态水，行星必须有足够的质量，否则水和大气就会直接飞向太空，而且水资源也要保持足够长的时间才能出现生命。天文学家们用十亿年这个大概的数字来进行计算。
Constantin Arnscheidt表示：“提到可居住带，人们往往会从空间上考虑，也就是这颗行星距离恒星有多远。但实际上，还有很多其它的变量限制，其中就包括质量。为行星的大小设定一个最低值，为我们寻找可居住的行星提供了一个重要的约束条件。”
恒星周围的“可居住带”（左边太热、右边太冷，中间正好）
图：Petigura/Howard/Marcy/UC Berkeley/UH-Manoa
可居住带的大小和范围则取决于恒星。红矮星比较小、能量较低，因此与太阳相比，它的可居住带就离自己更近。这很容易理解。
如果行星离恒星太远，水就会结冰。离得太近，会导致温室效应失控，水会沸腾，变成蒸汽飘上太空。
但较小、质量较低的行星，或许能够抵御失控的温室效应。
当一颗低质量的行星变暖时，大气会膨胀。相对于它的恒星，这颗行星自身变大了。这便产生了两个影响：尺寸增加，大气吸收的能量变多；同时，它发射的能量也会更多。
根据研究人员所说，最后的结果就是，扩大的大气阻止了温室效应失控，有助于保持地表的液态水。
这意味着在不失水的情况下，它们与恒星之间的距离可以更近，从而扩大了可居住带的范围。
当然，行星的质量是有最低限度的。如果实在太小，它的重力不够，大气将会被剥离，水要么跟着大气一起离开星球、要么就会被冻结在星球表面。
没有生命能在这种条件下幸存。
因此除了行星与恒星之间的距离会影响它的可居住性以外，还有一个限制条件，就是它的质量下限。
简单地说就是如果有颗行星真的很小，那它也不适合居住，即使它处于可居住带中。
行星的质量下限示意图（左可居，右太小不宜居）
图：Harvard SEAS
根据研究人员的计算，可居住行星的临界尺寸是地球质量的2.7%。任何比这质量更小的行星，都无法维持其大气和水足够长的时间，等到生命出现。
举个例子，月球是地球质量的1.2%，水星是5.53%。
研究人员以类彗星行星为例。彗星有大量的水，当它们靠近太阳时，水就会升华。
然而类彗星行星缺乏保持蒸汽所需的质量，且永远无法形成大气层。水流失到了太空。因此，如果行星太小，即便它水很多，也留不住。
研究人员使用模型估算低质量行星在两种不同类型的恒星周围的可居住带情况。一种是M型红矮星系行星，一种是像太阳一样的G型恒星。
环绕着红矮星运转的系外行星和卫星。
图：D. Aguilar/NASA/Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
这个模型可能还解决太阳系中另一个长期存在的可居住性的问题。木卫二、木卫三和木卫四都有大量液态水，只是被封在冰层之下。
天文学家们一直想，如果太阳未来放射出更多能量，温暖了木卫，它们是否会变得可居住。但根据该研究，即使木卫变得足够温暖融化了冰层，因为质量太小，它们也留不住液态水。
木卫三的质量大约是2.5%的地球，小于2.7%，就像彗星一样，它的水都会送往太空。
来自麻省理工学院的海洋环境科学与工程副教授Robin Wordsworth表示：“在低质量的水世界寻找生命具有迷人的可能性。一旦技术支持，直接观测这类行星将是令人兴奋的一件事。”
在研究中，研究人员也事先预设了一些必要的假设，比如低质量行星的大气是纯净的水蒸气。
他们也假设，水的质量是该行星质量的40%。与此同时，研究人员还忽略了其它的某些因素，比如二氧化碳循环、云层覆盖和海洋化学。在这个研究阶段，仍有许多变量需要加入建模。
作者还讨论了可居住的系外卫星、而非系外行星的可能性。或许在其它恒星系中，卫星会比行星更适合居住，其中可能有其它因素起到了作用，比如潮汐力。
在M型红矮星系行星周围尤其如此。因为与太阳这样的G型恒星相比，红矮星的可居住带与其之间的距离已经很近了。
在这种情况下，系外卫星、行星和恒星之间的综合引力可能会完全消除掉星球的宜居性。
研究人员也知道星球的可居住性还存在各种各样的可能性和因素。例如，尽管木卫三太小，但可能它上面有地下海洋的生命体，因为那里的水被冰层挡住、无法逃逸至太空。
在确定星球的宜居性上还有很多工作要做。正如作者所说：“下一步工作可以考虑建立更复杂的水动力逃逸模型。”
蝌蚪五线谱编译自Sciencealert，译者 狗格格，转载须授权
