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宇宙射线严重影响生命大气层才是关键庇护

发布时间:2019-06-09 13:27:18
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美国太空报道,神秘的宇宙射线从外太空持续炮击地球,现在科学家们发现了能量粒子可能会限制我们所知的生命形式在外来行星上的存在。自一个多世纪前首次被发现起,宇宙射线就一直让科学家们困惑不已。这些带电亚原子粒子以近光速的速度穿过太空,有些粒子的能量竟然是地球上最强大的粒子加速器能够产生能量的1亿倍。宇宙射线被认为是原子核,周围的则是质子,或者氢原子核。

大多数宇宙射线都是原子核:其中大多数都是氢原子核,而其它的则是更重的元素。尽管很多低能量宇宙射线来自太阳,但高能量宇宙射线的起源仍是未解之谜,也是很多科研的对象,这张图片展示了高能量宇宙射线产生的粒子流。

当宇宙射线撞击地球大气层,它们会产生其它粒子流,包括μ介子,比自己的“表兄”电子更重的粒子。有些粒子能够到达地球表面,潜在的摧毁陆地和海洋的生命——μ介子甚至能够穿透地下几百英尺。

科学家调查了宇宙射线将如何影响遥远外来行星的可居住性。在过去的20年间,天文学家利用地面望远镜和太空望远镜发现的上百颗系外行星提出了某些行星上或存在外星生命的可能性。科学家们的兴趣集中在位于可居住区的行星,后者能获得足够的热量以保证水呈液态而非冻结——在地球上,存在液态水的地方几乎就一定存在生命。

科研人员推断称一颗行星接受到的辐射程度能够帮助决定自身的可居住性。与受到恒星发出的辐射相比,行星受到的星际宇宙辐射相对要少的多,宇宙射线的平均能量比恒星光子和质子的能量要高得多,这使得它们成为关注的焦点。

“如果辐射量太大,那么生命将不复存在,”研究作者、蓝色大理岩科学学院的物理学家迪米特拉·阿特瑞(DimitraAtri)这样说道。蓝色大理岩是由全世界科学家络组成的非盈利科学院。

科学家将研究关注于两个可能影响行星受到的宇宙辐射量的因素——自身磁场的强度和大气层的厚度。“当我思考火星和地球时,我就开始思考这个问题,火星和地球是宇宙邻居,为什么地球上有繁荣旺盛的生物圈,而火星,至少表面没有这样的生物圈,原因是什么?”阿特瑞说道。“主要的因素是火星有高含量的辐射——它的大气层几乎可以忽略,与地球大气层相比真的非常非常小,同时它没有行星磁场,无法防护星系里无所不在的宇宙射线。因此我非常好奇介于这两个极端场景之间的中间场景。”

高能量的光子与空气相互作用产生了二氧化氮的棕色云。研究人员模拟了不同的行星,从没有磁场到具有与地球磁场相似的,以及具有与地球大气层相同厚度的大气层,和厚度只有1/10的大气层。“我们知道地球的磁场保护了我们不受到有害宇宙射线的伤害,我们认为磁场是控制行星地表辐射量的主要因素。”阿特瑞说道。

意外的是,“我们发现在决定行星辐射量的问题上,行星大气层的厚度其实是更加重要的因素,”阿特瑞表示。“如果你完全移除地球的磁场,那么受到的辐射量将增加两倍,这是个不小的数值,但它产生的效应相对较小,且对人类自身并不会有任何明显的效应。然而,如果你保留地球磁场但减少地球大气层至1/10,那么所受到的辐射将增加两个数量级以上。”

红矮星附近的行星常常被认为是搜寻外星生命的主要目标,因为这种相对暗淡的恒星在宇宙中非常常见,大约组成了所有恒星数量的80%。理论计算表明位于红矮星可居住区的行星更可能有较弱的磁场,尤其是那些所谓的超级地球——质量是地球质量10倍以上的多岩石行星。天体生物学家担心这些微弱的磁场导致它们不再成为搜寻生命的最佳候选者,然而最新的发现表明微弱的磁场可能并不会造成太大的问题。

未来的研究将检测增加的辐射将如何影响生命的进化,阿特瑞说道。“大多数对辐射效应对生命影响的研究主要是将有机体暴露在高剂量的辐射下,观察它们是否被杀死,但我认为系统的研究应该是逐渐增加微生物接受到的辐射量,以显示它们在接受到大量宇宙射线的环境里是如何进化的。”

阿特瑞和他的同事B·哈里哈兰(riharan)以及珍-马赛厄斯·格里斯迈尔(Jean-MathiasGriessmeier)将他们的研究发表在10月的天体生物学期刊上。

(资讯责编:丁俊龙)

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