一個被認為適宜居住的行星，在星球上需要有液態水。細胞是生命最小的單位，需要水來執行其功能。要使液態水存在，星球的溫度需要適宜。但是這個星球的質量大小呢？
這是古迪洛克帶（ Goldilocks Zone ），可能存在液態水
如果質量不夠，行星就沒有足夠的引力來支撐它的水。一項新的研究試圖瞭解行星的質量大小，如何影響行星保持其水的能力，從而影響它的可居住性。
是什麼使一個星球適合居住，這個問題正在爭論之中。不僅對於系外行星，也為了我們太陽系未來的一些衛星。對一顆行星需要從恆星獲得多少能量來維持液態水，科學家們有一個很好的想法。這就產生了"古迪洛克帶（ Goldilocks Zone ）"的流行概念，即是行星系中適合生命存在的區域，這種接近範圍既不會太恆星太近，也不會離恆星太遠，太近或太遠液態水無法在行星上存在。
隨著在可居住區尋找系外行星的逐漸增加，隨著我們獲得更好的望遠鏡和探測技術，來更詳細地研究系外行星，由於我們的資源有限，而這樣的行星數量龐大，這就需要考慮分配觀察資源的問題，只有符合一定條件的行星才值得投入觀察資源進行探測研究。正如本文所表明的，行星的質量可能是一個有用的過濾器。
麻省理工學院的研究生康斯坦丁·阿恩謝德和他的合著者，在《天體物理學雜誌》上發表一篇題為《低重力水世界的大氣演化》新論文。在該論文中，他認為行星質量大小對適宜居住也很重要。
為了保持液態水的表面和大氣層，系外行星或外衛星必須有足夠的質量，否則水和大氣就會逃逸進入太空。而且，如果要使行星誕生生命的話，液態水在該星球必須保持足夠長的時間，天文學家們認為至少需10億年的時間，才能達到誕生生命的目的。
論文的第一作者康斯坦丁·阿恩謝伊特說："當人們考慮可居住區的內邊緣和外緣時，他們往往只從空間上去思考它，這意味著行星離恆星有多近。"但實際上，居住性還有許多其他變量，包括行星的質量。從行星大小的角度確定可居住性的下限，使我們在不斷尋找可居住的系外行星和外衛星時受到重要限制。
- 圖：恆星周圍的"古迪洛克帶（ Goldilocks Zone ）"是行星既不太熱又不太冷，能支撐液態水的地方。但新的研究表明，行星不僅要在正確的接近範圍內才能被認為是適宜居住的，而且必須有足夠的質量。
像紅矮星這樣一顆較小、能量較低的恆星比像太陽這樣一顆較大的恆星創造了一個更靠近自身的可居住區域。這很容易理解。如果行星離恆星太遠，水就會結冰。離得太近，失控的溫室效應就會發生，水就會變成蒸汽，然後沸騰逃逸到太空。
但是對於小的，低質量的行星，會有更多的事情發生。它們或許能夠抵禦失控的溫室效應。
當一個低質量的行星變暖時，大氣層膨脹。相對於它周圍的行星的大小，它變得更大。這有兩個影響：增加的表面尺寸意味著大氣可以吸收比過去更多的能量，而且它也可以輻射比過去更多的能量。
據研究人員稱，其總體結果是，膨脹的大氣會阻礙失控的溫室效應，並能維持其地表液態水。這意味著它們可以更接近它們的恆星，而不會失去它們的水，從而擴大了較小系外行星的"古迪洛克帶（ Goldilocks Zone ）"。
當然是有限度的。如果一顆低質量的行星太小，它將沒有足夠的引力，大氣將被剝離，星球表面的水將也會被剝離，或凍結在表面上。這意味著存在生命的前景暗淡。研究人員說，一顆行星的可居住性有一個臨界下限。這意味著，不僅有一個靠近恆星的距離決定了行星的可居住性，還有一個行星質量大小限制。
簡單地說，一顆行星如果太小，無法居住，即使它位於"古迪洛克帶（ Goldilocks Zone ）"。
- 圖：這幅圖顯示了一個行星質量的可居住性下限。如果一個物體的質量小於地球質量的2.7%，它的大氣層將在有機會形成地表液態水之前逃逸出去。
根據阿恩謝伊特和這項研究的其他作者的說法，這種臨界大小是地球質量的2.7%。他們說，任何比這更小的行星，都將無法在足夠長的時間內保持其大氣和水，使生命出現。就上圖而言，月球是地球質量的1.2%，水星是5.53%。
研究人員以彗星類行星為例。彗星有很多水，當它們接近太陽時，水會升華。但是它們缺乏保持蒸汽所需的質量，它們永遠無法形成大氣層，因為水流失到太空。因此，一個太小的星球，即使它有很多水，也不會長時間抓住它。
研究人員利用模型，預估了低質量行星圍繞兩種不同類型的恆星的可居住區域：M型或紅矮星，以及像太陽一樣的G型恆星。
一顆系外行星和它的衛星圍繞一顆紅矮星運行的插圖。
它們也可能解決了我們太陽系中另一個長期存在的可居住性問題。木星的衛星木衛三、木衛四和木衛二（歐羅巴）都有大量的液態水，被困在冰層之下。天文學家一直在想，當太陽在未來的某個時刻輻射出更多的能量時，它們是否適合居住。但根據作者的研究，即使它們確實變得足夠溫暖，它們也缺乏足夠的質量來保持住水。木衛三接近地球質量的2.5%，但它很小，就像彗星一樣，它表面所有的液體水會很快逃逸進入太空。
”低質量水世界行星是尋找生命的不二之選，本文展示了它們的行為與類地行星相比可能有什麼不同。“ 海洋環境科學與工程副教授、該項研究的資深作者羅賓·華茲華斯說，”一旦這類天體的觀測成為可能，嘗試直接檢驗這些預測將令人興奮。“
- 圖：事實證明，地球不僅與太陽有合適的距離，可以居住，而且我們的星球也在正確的質量範圍內。
研究人員在工作中作了一些必要的假設。他們認為他們低質量星球的大氣是純淨的水蒸氣。他們還假設水的質量是地球質量的40%。他們還忽略了某些其他因素，如二氧化碳循環、雲層覆蓋和海洋化學。在他們的研究工作中，建模還有太多的變量需要考慮。
作者還探討了可居住的外行星，而不是系外行星的概念。可以想象，在其他太陽系中，衛星可能比行星更適宜居住。在這種情況下，其他因素也起作用，比如潮汐力。在M型恆星或紅矮星周圍尤其如此。這是因為這些低能恆星周圍的"古迪洛克帶"，已經比像太陽這樣的G型恆星"古迪洛克帶"更接近恆星。系外衛星、它的行星和恆星的綜合引力可能會完全消除宜居性。
他們也承認影響居住性的各種各樣的其他因素。例如，在本模型中，儘管像木衛三這樣的衛星質量太小，被認為是不適合居住的，但很可能在木衛三的地下海洋中存在生命體，因為那裡的液態水被一層厚厚的冰阻止了逃逸。
木星衛星
在確定可居住性方面還有很多工作要做。正如作者在論文中所說，"進一步的研究工作可以考慮更復雜的流體動力學逃生模型“。系外行星的多樣性和複雜性比我們現在知道的要多，但這項研究開始著手解決其中的一些問題。
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