如果質量太小，星球就沒有足夠的引力能支撐液態水。
TRAPPIST-1行星系統的概念圖圖：NASA/JPL-Caltech
要達到可居住，星球上就要有液態水。細胞是生命的最小單位，需要水來完成機能運轉。而要存在液態水，星球的溫度也得是正確的。
但星球的大小呢？
如果質量太小，就沒有足夠的引力能支撐液態水。一項新研究試圖瞭解，星球的大小如何影響其持水保水的能力，並繼而影響到它的可居住性。
一顆行星可居住的條件究竟是什麼，這是一個爭論不休的話題。不僅是系外行星，對於太陽系內的一些衛星也是一樣。
科學家們知道，一顆行星要維持液態水，需要從它的恆星接收多少能量。
這也是“可居住帶”（Goldilocks Zone）的概念，即一片離恆星不遠、不近、正好能讓行星維持液態水的區域。
隨著在居住帶內尋找系外行星的工作量不斷增加、技術不斷更迭，科學家們需要更多的約束條件來確定他們應該把資源花費在哪種類型的行星上。
如該研究所示，行星的質量或許就是約束條件之一。
該研究的論文題目是《低重力水世界的大氣演化》，已發表於《天體物理學雜誌》。其主要作者是來自麻省理工學院的Constantin W. Arnscheidt。
為了維持其表面和大氣中的液態水，行星必須有足夠的質量，否則水和大氣就會直接飛向太空，而且水資源也要保持足夠長的時間才能出現生命。天文學家們用十億年這個大概的數字來進行計算。
Constantin Arnscheidt表示：“提到可居住帶，人們往往會從空間上考慮，也就是這顆行星距離恆星有多遠。但實際上，還有很多其它的變量限制，其中就包括質量。為行星的大小設定一個最低值，為我們尋找可居住的行星提供了一個重要的約束條件。”
恆星周圍的“可居住帶”（左邊太熱、右邊太冷，中間正好）圖：Petigura/Howard/
可居住帶的大小和範圍則取決於恆星。紅矮星比較小、能量較低，因此與太陽相比，它的可居住帶就離自己更近。這很容易理解。
如果行星離恆星太遠，水就會結冰。離得太近，會導致溫室效應失控，水會沸騰，變成蒸汽飄上太空。
但較小、質量較低的行星，或許能夠抵禦失控的溫室效應。
當一顆低質量的行星變暖時，大氣會膨脹。相對於它的恆星，這顆行星自身變大了。這便產生了兩個影響：尺寸增加，大氣吸收的能量變多；同時，它發射的能量也會更多。
根據研究人員所說，最後的結果就是，擴大的大氣阻止了溫室效應失控，有助於保持地表的液態水。
這意味著在不失水的情況下，它們與恆星之間的距離可以更近，從而擴大了可居住帶的範圍。
當然，行星的質量是有最低限度的。如果實在太小，它的重力不夠，大氣將會被剝離，水要麼跟著大氣一起離開星球、要麼就會被凍結在星球表面。
沒有生命能在這種條件下倖存。
因此除了行星與恆星之間的距離會影響它的可居住性以外，還有一個限制條件，就是它的質量下限。
簡單地說就是如果有顆行星真的很小，那它也不適合居住，即使它處於可居住帶中。
行星的質量下限示意圖（左可居，右太小不宜居）圖：Harvard SEAS
根據研究人員的計算，可居住行星的臨界尺寸是地球質量的2.7%。任何比這質量更小的行星，都無法維持其大氣和水足夠長的時間，等到生命出現。
舉個例子，月球是地球質量的1.2%，水星是5.53%。
研究人員以類彗星行星為例。彗星有大量的水，當它們靠近太陽時，水就會升華。
然而類彗星行星缺乏保持蒸汽所需的質量，且永遠無法形成大氣層。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。
研究人員使用模型估算低質量行星在兩種不同類型的恆星周圍的可居住帶情況。一種是M型紅矮星系行星，一種是像太陽一樣的G型恆星。
環繞著紅矮星運轉的系外行星和衛星。圖：D. Aguilar/NASA/Harvard-Sm
這個模型可能還解決太陽系中另一個長期存在的可居住性的問題。木衛二、木衛三和木衛四都有大量液態水，只是被封在冰層之下。
天文學家們一直想，如果太陽未來放射出更多能量，溫暖了木衛，它們是否會變得可居住。但根據該研究，即使木衛變得足夠溫暖融化了冰層，因為質量太小，它們也留不住液態水。
木衛三的質量大約是2.5%的地球，小於2.7%，就像彗星一樣，它的水都會送往太空。
來自麻省理工學院的海洋環境科學與工程副教授Robin Wordsworth表示：“在低質量的水世界尋找生命具有迷人的可能性。一旦技術支持，直接觀測這類行星將是令人興奮的一件事。”
在研究中，研究人員也事先預設了一些必要的假設，比如低質量行星的大氣是純淨的水蒸氣。
他們也假設，水的質量是該行星質量的40%。與此同時，研究人員還忽略了其它的某些因素，比如二氧化碳循環、雲層覆蓋和海洋化學。在這個研究階段，仍有許多變量需要加入建模。
作者還討論了可居住的系外衛星、而非系外行星的可能性。或許在其它恆星系中，衛星會比行星更適合居住，其中可能有其它因素起到了作用，比如潮汐力。
在M型紅矮星系行星周圍尤其如此。因為與太陽這樣的G型恆星相比，紅矮星的可居住帶與其之間的距離已經很近了。
在這種情況下，系外衛星、行星和恆星之間的綜合引力可能會完全消除掉星球的宜居性。
研究人員也知道星球的可居住性還存在各種各樣的可能性和因素。例如，儘管木衛三太小，但可能它上面有地下海洋的生命體，因為那裡的水被冰層擋住、無法逃逸至太空。
在確定星球的宜居性上還有很多工作要做。正如作者所說：“下一步工作可以考慮建立更復雜的水動力逃逸模型。”
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