黄启新

北氏等三位美国西北大学(Northwestern University)的天文学家于2010年9月在《天体生物学》(Astrobiology)发表了一篇关于地球的的轨道离心率的文章,研究轨道离心率对行星的可居住性的影响。 1

「轨道离心率」(eccentricity)(e)是定义一颗行星围绕一颗恒星运行的轨道形状的一个重要参数,并决定了轨道的形状。轨道离心率可以被视为轨道形状从圆形偏离了多少的程度:

圆形轨道:e=0
椭圆形轨道:0<e<1
抛物线形轨道:e=1
双曲线形轨道:e>1

离心率值为0代表一个完美的圆形轨道,而离心率值为0.9代表一个极度拉长了的椭圆形轨道。离心率值为1代表一个抛物线形轨道,而离心率值大于1代表一个双曲线形轨道。抛物线形和双曲线形轨道都不是封闭的轨道。地球的离心率值为0.016710220,换句话说,地球围绕太阳运行的轨道非常接近完美的圆形。

天文学家罗斯(Huge Ross)指出2,该三位天文学家首先审查一颗行星的轨道离心率对生命构成的挑战。高离心率会令行星的一部分出现凝固环境(例如水),而令行星的另一部分出现蒸发环境。离心率越大,行星暴露于主恒星的辐射差异就越高,这些极端环境因此有更大机会使行星的气候不适合任何生命居住。高等生命所需的条件就更加苛刻,离心率值低至0.05亦会产生出极端的气候差异,令恒温生物难以生存,同时大大减少植物的数量。正如三位天文学家所说:「可能会扰乱行星生命的起源,进化和广泛繁殖。」。

三位天文学家亦指出很多天体机制很容易扰乱行星轨道并提高离心率,这些机制包括主恒星的一个遥远伴星以及行星系统的其他行星。他们认为这些机制在太阳系以外的行星系统是十分普遍的,因此在太阳系外其他像地球的行星很有可能会感受到各式各样的轨道演化。

罗斯指出,这些发现严重削弱了生命在太阳系外行星中广泛繁殖和长期生存的可能性,即使那里有生命存在,亦不够丰度和寿命以维持高等生物。人们即使能够证明宇宙中有很多行星与地球有相若的大小、质量、和与主恒星的距离,可是像地球一样有近乎圆形及的有高度稳定轨道的行星很可能极为罕见,甚至根本不存在,而要一群在同一行星系统内的行星都有着低离心率轨道就难上加难。因此,罗斯所得的结论是:上帝为了生命(特别是那些像人类一样复杂和对气候变化敏感的生命)的缘故而设计了地球、太阳、月亮、和其他太阳系里的行星。

 

注:
1. Ryosuke Kita, Frederic Rasio, and Genya Takeda, "Pervasive Orbital Eccentricities Dictate the Habitability of Extrasolar Earths," Astrobiology 10, no. 7 (September 2010):733–41.
2. Hugh Ross, "Pervasive Eccentricity", New Reasons to Believe Vol 3/No 1 February 2011, pp. 13-14.