雪球狀態不一定能排除陸地生命，冰凍世界仍擁有可居住的土地？

當一顆新的系外行星被發現的時候，天文科學家們首先考慮的問題之一，便是該星球是位於可居住區域、還是其他地方。因為，這個標籤可直接影響該行星的溫度環境是否允許液態水存在，雖然，我們在考慮生命演化的條件時並不只是進行這樣單一的判斷。在眾多外星世界中，有一種行星類型被稱為雪球行星，它們是和地球類似的行星，但其海洋卻一直凍結到了赤道，冰川生長、極地冰蓋膨脹，有時候甚至達到幾公里厚。但科學家們通過一項研究表明，即使是這樣的冰凍外星世界，也比之前人們之前以為的更能支持生命的多樣性和複雜性，雪球狀態並不能完全排除陸地生命，在這樣的冰凍世界仍擁有可居住的土地。

雪球行星和地球冰河時代的關聯

在我們的地球歷史上，至少經歷過一次、也許多達三次的「雪球階段」，當地球上的生命經歷這些對生命不友好的階段之時，倖存的唯一生命形式便是海洋微生物。這也是為什麼，當科學家們看到恆星可居住區域內的系外雪球行星時，該星球是否有生命存在便成為了腦海中浮現的第一個問題。就凍結的程度而言，雪球行星比地球更徹底，即使是在冰河時代，位於地球赤道的海洋仍然是沒有冰的，而雪球行星上的所有海洋，都無一例外地被冰覆蓋，其中包括了任何位於赤道的海洋。但科學家們仍然認為這些行星是可居住的，因為在它們的表面上並沒有液態水的存在。

地球的低溫期包含了兩個最極端的冰期，雖然圍繞它存在許多科學上的爭議，比如，處於這些極端冰河時期的地球，是否正是一個雪球行星，又或是這些土地上仍沒有冰。但不管如何，當時的地球生命是出現在冰原之前的海洋中，並藉此倖存下來了。因此，科學家們進行了一項有意思的調查，即在一個雪球行星上，仍然有一些區域可能仍然有生命的存在。於是，研究人員通過計算機模型模擬了理論雪球世界中的不同氣候變數，在這個過程中，調整了大陸的配置、陽光的數量，以及理論雪球行星應該具備的其他各種特徵，而其中特別受到關注的就是星球中二氧化碳的含量。

遵循行星生命已知循環的二氧化碳

眾所周知，二氧化碳是一種溫室氣體，它可以促使行星的大氣層捕獲熱量，從而幫助行星保持溫和的氛圍。當其含量過高或過低時，都會超過生命能夠存活的範圍。如今，在我們地球上，全球變暖話題的關注度持續上升，就本質而言，其實就是地球大氣層中被注入的二氧化碳量越來越大。研究人員進行了多達數千次的3D計算機模擬，在建模中，二氧化碳是一個尤為重要的變數，因為該氣體的濃度是一個星球氣候驅動最大的因素之一。反之，如果該星球中的大氣沒有足夠含量的二氧化碳，那麼該行星就會發生「滾雪球」現象。

二氧化碳會遵循行星生命中的已知循環，地質科學家們認為，降雨和侵蝕會決定其在大氣中持續存在的量。雨水會在吸收二氧化碳的同時，將其轉化為碳酸，若其處於行星表面，碳酸還會與岩石發生反應，而這些反應會將碳酸分解，然後與礦物質結合，而這些礦物最終都會進入海洋，並長鎖于海底。 然而，如果雪球行星的表面凍結固體，那麼這一切都不會發生，從大氣中清除二氧化碳在其軌道上就停止了，沒有暴露的土地，也沒有任何降雨。但是，研究人員在模擬的過程中發現，在這些雪球行星凍結之後，它們中的一些仍然失去了大氣中的二氧化碳，這個結果意味著，要麼有一些無冰的土地存在，要麼發生了一些降雨的情況。下圖顯示了火山活動產生的二氧化碳、溫帶和雪球氣候的降雨，以及侵蝕所消除的二氧化碳之間的關係，只有當火山活動和風化速率相互平衡時，行星才會陷入雪球狀態。

雪球狀態不一定能排除陸地生命

出於傳統認知的關係，或許你會認為這樣的星球並不適合生命居住，但這些研究卻表明，這樣的過程並不意味著陸地生命就可以被完全排除。至少在模擬的雪球行星世界中，是可能存在適合生命棲息的土地的，尤其是位於赤道附近的內陸地區。因為，在某些情況下，這些區域的溫度會高於10攝氏度。而且，在模擬中，一些雪球行星甚至比其他行星更加溫暖，那些能夠保持足夠溫度的土地可以進行碳循環，不僅有岩石暴露，還有降雨的發生，並且它們和冰凍的海洋距離較遠，位於非凍結區域的大陸中心。

與此同時，科學家門認為即使是在-20攝氏度的溫度下，生命也仍然可以繼續繁殖，簡而言之，這些生命在雪球行星上的生存，就如它處於地球的雪球階段一樣，這些發現為生命的存續鋪平了道路。並且，關於雪球行星的可居住性，參與研究的科學家門還提供了一些其他見解。比如，火山爆發可以向星球的大氣層噴射大量的二氧化碳和其他類型溫室氣體，從而使得該行星拜託雪球狀態，當然，這樣的情況並不會經常發生；通過模擬的結果分析，侵蝕也可以平衡二氧化碳的生成。簡而言之，人類對能夠支持生命的世界之間的區別認知，可能並不像我們以為的那樣清晰。

行星如何避免「雪球地球」的命運

即使是我們的地球，這個唯一已知有生命的世界，在它的地質歷史上，也曾徘徊在冰凍的極端。 科學家們對冰的形成位置進行了一系列模擬，然後觀察了它與反射陽光的相互作用，研究人員發現了兩個重要內容：其一，突然經歷冰河時期的行星，往往具有強烈傾斜的特點，尤其是當該行星的軸向傾斜超過55度的時候，「冰帶」很可能會在此行星的赤道和極這兩個區域形成；其二，能夠避免全球冰河時代的行星，往往是位於恆星可居住的恆星區內的潮汐行星，當外星球被困在與軌道運行的任何物體的共振中時，它進行一次旋轉所需的時間將會與其繞其母體運行的時間變成一致。由於該行星變得「 潮汐鎖定 」，因此，其冰凍的一面總是遠離自己的恆星，而正是這些差異，決定了它們是否是經歷全球冰河時代的冰凍雪球，以及這些世界是否擁有流動的水資源。

同時，科學家們還進一步對在可居住區域內潮汐鎖定的行星進行了研究，目的是為了觀測其是否可能進入雪球狀態，即整個表面都被冰雪覆蓋。而紅矮星的可居住區域就相對較近，恆星的引力可以迫使這個世界變得潮汐鎖定。科學家們專註於兩個主要問題，一是行星從恆星吸收了多少光線，二是有多少反射回太空的高反射冰蓋。從模型的數據分析可以表明，它可以平滑地從部分覆蓋過渡到完全冰覆蓋並返回，而在這個過程中，活躍的碳循環起到了幫助潮汐鎖定的行星避免了完全冰川的作用。簡而言之，位於在可居住區域內的潮汐行星或許不太可能進入雪球狀態。

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