“雪球地球”想象图

一项研究显示，在宜居带中被潮汐锁住的行星可能可以避免全球冰河时代的到来。与此同时，另一项研究发现，倾斜强烈的行星更有可能经历突然的冰河时代。

在恒星周围的“宜居带”，类地行星表面的温度足以让液态水存在，这一直是评估其他星球生命潜力的黄金标准，但随着我们对天体生物学的理解加深，科学家们正在寻找其他可居住的线索。

即使一颗行星或一颗卫星位于宜居带内，在外星世界中，形成条件的日日夜夜和季节也可能与地球截然不同。

地球四季变化及倾角

一个限定词是行星的轴向倾斜，也被称为倾斜。地球相对太阳的旋转角度为23.5度，这意味着大部分的阳光会照射到赤道，而两极非常冷，形成了冰盖。然而,地球倾斜在超过55度可能会形成一个赤道冰带，以及两极，将在夏天非常热，非常寒冷的冬季，所以生活在极地地区将不得不适应极端高温和寒冷。

或者，一颗外星行星或月球可能会与它所环绕的任何物体产生共振，因此，它进行一次旋转所需的时间长度与它环绕它的母体所花费的时间完全相同。这样做的后果是，行星或月球会变得“潮汐锁住”，并且有一面总是面朝远离它的恒星，另一面总是在阳光下。例如，我们的月亮潮汐地锁在地球上，这就是为什么我们总是在月球的近旁看到熟悉的“人”的原因。

这些差异影响着这些世界是否足够温暖，足以拥有流动的水，或者它们是正在经历全球冰河期的冰冻雪球。就连地球这个世界上唯一有生命的星球，在其地质历史上也在走向冰冻的极端。

挪威北极的斯匹次卑尔根群岛。雪球世界的整个表面都有这样的冰冻地形。

芝加哥大学的行星科学家Jade Checlair和她的同事们研究了在可居住带中潮汐锁住的行星是否会进入冰雪覆盖整个表面的雪球状态。他们关注的是被称为“红矮星”的小而暗的恒星，它们是宇宙中最常见的恒星。因为红矮星（也被称为m -矮星）是很冷的恒星，它们的可居住区域相对较近，甚至比水星离太阳的距离(约5800万公里)要近得多。当一颗行星在离恒星非常近的轨道上运行时，它的引力就会迫使这个世界被潮汐锁住。

“我们希望发现并能够研究的大部分行星将围绕m -star运行，”Checlair说。“他们中的许多人将居住至少一个地球大小的星球。”

Checlair说，虽然经过滚雪球式的过程可能会“根除地球上已经存在的复杂动物生命”，但地球在大约7.5亿至6.35亿年前这一戏剧性转变的经历带来了氧气和复杂生命的增加。

她说:“复杂生命的增加被认为是由于氧气的增加和雪球环境造成的进化压力。”

例如，在地球上的雪球状态下，冰冻的温度和其他严酷的条件可能会对生命产生强大的压力，使其要么适应，要么死亡。这种进化压力可能导致了复杂生物的发展，它们互相竞争资源，对适应或死亡施加更大的压力。

然而，Checlair和她的同事发现，在可居住区域内潮汐锁定的行星可能不太可能进入滚雪球状态。

为了得出他们的结论，研究人员开发了一种全球气候模型，描述了一颗类似潮汐的类地行星，位于宜居带。他们关注的是这颗行星从它的恒星吸收了多少光，以及有多少光被反射回了太空。

科学家们发现，由于冰在地球表面堆积的方式，雪球状态不会突然发生。相反，他们的模型表明，它将顺利地从部分冰盖过渡到完全冰盖，然后再回来。此外，一个活跃的碳循环（碳是一种强大的温室气体）可以帮助潮汐锁定的行星避免完全的冰期。

“目前还不清楚雪球状态是对宜居行星上的生命更有害还是更有益，”Checlair说。“它肯定对宜居性有影响，但还需要进一步研究，以确定这种影响是积极的还是消极的。”

在红矮星周围的宜居带中运行的行星经常被发现是潮锁的，所以它们的一天和它们所在的年份一样长，而且它们的自转速度意味着它们总是向它们的恒星展示同样的一面。

外星世界的轴向倾斜

在另一项研究中，纽约奥尔巴尼大学(University at Albany)的气候动力学家布莱恩·罗斯(Brian Rose)研究了居住区内具有一系列轴向倾斜的外星行星。他和他的同事们想知道，在宜居带中，那些高残余物的世界是否能够在它们的赤道附近拥有稳定的、长寿的冰带，以及对这些行星产生重大影响的其他后果。例如，高倾角行星的极地区域在夏季会持续数天的日照，在冬季则会持续数天的黑暗，因此“所有的光合生命都必须很好地适应这种强烈的季节性机制，”他说。

罗斯的团队开发了一个全球气候模型，可以模拟许多不同的天体。这些模型还模拟了雪、冰、水和陆地在不同纬度上反射光线的方式，以及大气和洋流从地球的暖区向冷区移动热量的方式。

研究人员发现，任何适合居住的世界都可能很少拥有赤道冰带。他们还发现，有可能适合居住的行星，其高度可以达到55度或更高，可以从完全无冰状态转变为完全被冰覆盖的状态。

“这些结果令人兴奋的是模型的简单性，它让我们能够以一种简单而有组织的方式探索可能存在的行星特征的广泛变化，”罗斯说。

罗斯说，科学家们发现，在高倾角的世界里，无冰的极地冰帽吸收的光通常比覆盖在赤道地区反射的光要多，而赤道地区的冰雪覆盖导致的变暖很容易破坏冰盖的稳定性。他们发现，极地冰盖的数量应该是赤道冰带的三到四倍。

“稳定的冰带是可能的，但相对来说比较罕见，需要一个‘恰到好处’的行星特征组合，”罗斯说。

根据罗斯的说法，可能适合居住的行星有很大的不确定性，可能“在全球雪球和完全无冰的条件之间发生剧烈的气候变化”。

“这个假想的星球是否比地球更适合居住？”我对这个问题没有一个好的答案。我认为科学家仍在努力解决这些概念。

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