木星对天文学研究有什么重要性

人类对于未知的事物总是充满了好奇，我们对还没有涉及到的领域总是充满了期待和想象，天文学家更是如此，他们对于心系的研究从来没有停止过，并且也是发现了很多的新戏以及现象。在9月份，将会上演木星冲日的现象，除此之外，在9月11日，木星还将与月亮上演一次合月的天象，这也就意味着当晚木星和月亮在天黑以后都会升起，我们可以直接的观察到木星的形状和样貌。那么问题来了，新闻学家去研究普通人一辈子都触及不到的天空，究竟有何意义呢？我们就来好好的聊一聊这个话题。
虽然普通人一辈子都无法触及到天文，但是天文学家依然不会放弃对天空的研究，这其中有很多的道理。因为人们对于未知事物是充满好奇的的将宇宙的起源给弄懂，其实也是我们科学家一直以来都在做的事情，如果把这个问题搞懂了，或许就能够找到生命的意义，因为生命他诞生到底是一个偶然现象呢，还是一个必然现象？这很重要。
如果说从这一点出发的话，那么对于普通人来说就也很重要了，所以天文学家更是不会放弃对天空的一些研究。并且通过研究后，人们发现太阳的一些活动对于地球上面的现象有着很大的作用，这或许也可以直接观测得到地球的末日，或者是太阳的末日。虽然我们能够研究一个星球的末日，但我们确实是不能够做出任何的改变，这也是没有办法的，因为太空里面人类是最渺小的。
即使是这样，人们还是想通过自己的一些手段，在这个领域当中发现一些未知的星球，特别是发现其他的星球生物那是最好不过的，这对于我们研究生命也有着很大的意义。如果在其他星球真的发现了类似于地球这样的环境，并且还发现了当地的一些人，那简直就是整个历史上最大的发现。我们就可以去验证达尔文的进化论到底是不是真实的了，当然这也只是我的想象而已，目前我们探索已经很多了，都没有发现智慧生物。

事实证明，金星的云层并不是由支持生命的正确物质构成的——所以现在，科学家们转而使用木星。

金星表面的地狱般的温度可以达到华氏近900度——创造了一个不太友好的行星。但去年的一项研究重新燃起了希望，即在研究人员在其温带云层中发现由地球上细菌产生的磷气后，金星能够维持生命。

现在，周一发表在《自然天文学》杂志上的一项新研究发现，我们最近邻居臭名昭著的硫酸云中的水浓度对于生命来说太干燥了，就像我们知道的那样，它无法找到生存的方法。

微生物学家 John Hallsworth 在2021年发现了一种能够在58.5%相对湿度下存活的陆地真菌，这是生物所经历过的最干燥的条件。他决定测试它们是否能存在于其他行星上。

John Hallsworth 发现，没有已知的生物能够生存我们姐妹星球的大气层，这相当于0.4%的相对湿度。他的团队研究了地球的"水活动"，即它对水分子的浓度，而不是水的实际数量，得出了他们的结论。

cientists determined no life on Earth could cope with the minuscule amount of water in Venus's atmosphere. / Credit: NASA/JPL-Caltech

水活动是根据对压力、温度和水浓度的直接观测计算的。研究人员使用了美国和苏联7个探测器和1个20世纪70年代末80年代初的轨道飞行器任务的现有测量结果。

"太低了100多倍，"他说。"它几乎处于规模的底部，与生活需要活跃的东西相距无比。

said co-author Philip Ball："寻找外星生命有时在水的态度上有点简单。"正如我们的工作所表明的，仅仅说液态水等同于宜居性是不够的。我们也得考虑类似地球的生物是如何实际利用它的——这告诉我们，我们必须问有多少水实际上可用于这些生物用途。

美国宇航局宣布，计划于2028年至2030年间对这颗类似地狱的行星进行两次新的发现任务。其中一项任务可以帮助确定金星能否在数十亿年前支持生命。

"其中一个任务将飞越大气层并测量微量气体。。。这将告诉我们很多关于金星的进化 历史 ，并开始解决的问题，如多少大气层，它去了哪里，发生了什么事？麦凯说。

木星能支持生命吗？

科学家可能已经排除了金星上的外星生命，但木星仍然抱有希望。

研究人员在研究访问其他行星的探测器时发现，木星的云层具有足够高的水浓度和可行的温度，可以生存——假设还有其他要求，如营养物质。

"结果更加乐观，"co-author Chris McKay说。"在木星的云层中至少有一层水满足要求。

Illustration of stormy clouds on Jupiter, based on images from the Stellar Reference Unit camera of NASA's Juno mission. / Credit: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Heidi N. Becker/Koji Kuramura

但是，排除金星上的外星生命比证明在木星上是可能的要容易得多。

McKay说："为了证明这一层是可居住的，我们必须满足生活的所有要求，并证明它们都得到了满足。

他补充说，需要进一步 探索 ，以确定其他因素，如紫外线暴露和能源。但是这项研究确实为将来研究所有其他行星提供了一个有希望的基础。

Hallsworth说："我们还对火星和地球进行了计算，并表明这些计算可以针对太阳系外的行星进行。"虽然我们的研究并不声称外星（微生物型）生命确实存在于太阳系的其他行星上，但它表明，如果水活动和其他条件是正确的，那么这种生命可能存在于我们以前没有寻找过的地方。

来自《 Sophie Lewis Wed, June 30, 2021, 1:36 AM 》

比起关心它们与恒星的距离是否适合液态水，寻找可居住的系外行星有着更多要做的事情。例如，地球，火星和金星等行星是否岩石化？它具有板块构造和磁场吗？有大气层吗？

还有另一个重要的问题：在同一颗恒星的轨道上，世界是否受到其他系外行星的不利影响？为了更好地理解这一点，天文学家正在研究天然气巨星木星们自己的行星轨道上拥有的巨大引力。

图解:木星南半球观 图源:jpl.nasa

这项技术已经在发表到《天文期刊》的新论文上进行了概述并且上传到了arXiv网站上。

虽然在我们太阳系中行星相距非常遥远，他们仍然近到可以影响彼此的轨道，即使只有一点点。

对地球来说，这意味着与木星和土星的相互作用（主要）会拉长其轨道的椭圆形状，并影响其轴向倾斜度，从而产生冰川和间冰期气候循环，称为米兰科维奇循环。

图解：通过 VSOP 模型显示的过去和将来的米兰科维奇循环

总的来说，尽管有冰河时代的灭绝事件，但这并没有阻止生命的繁荣。但是，如果木星的影响力更大并且地球的轨道变得更加拉长和偏离中心呢？这对地球的可居住性意味着什么？

南昆士兰大学的天文学家乔尼对科学警报说：“如果地球的轨道与水星在我们太阳系中的轨道一样多，那么地球将不适合人类居住。这里将不会有生命。”

“水星的偏心率可以高达0.45。如果地球的偏心率如此之高，那么当它离太阳最近时，地球比金星离太阳更近，而当地球离太阳最远时，则和火星离太阳一样远。”

图解：木星的直径比太阳小一个数量级，比地球大一个数量级。大红色斑点的大小与地球大致相同。 图源：wikipedia

是否木星会导致如此巨大的变化是未知的，因此霍纳和一个由同事组成的国际团队着手进行了一个项目来寻找答案。他们制作了太阳系的模拟，并移动木星来观察会发生什么。

结果非常令人惊讶。研究团队发现他们的模型运转了，意味着他们可以对太阳系进行模拟来确定行星如何在重力作用下相互作用，以及行星是如何绕恒星运行的，并演示出和我们对太阳系对米兰科维奇循环的影响理解相不一致的内容。

但是它们也展示了事物是如何迅速崩塌的。

“其中我们立刻发现的一件事是，使我们的太阳系变得不稳定实际上是很容易的，”霍纳对科学警报说。

“在我们大约四分之三的模拟中，当我们移动木星时，我们将其放置在太阳系在1000万年内解体的地方。这些行星开始相互碰撞，并从太阳系中喷出。”

虽然这听起来有点令人惊慌，但这些结果实际上和系外行星的研究无关，因为任何悬挂了足够长的时间以至于我们可以检测到的系外行星系统极有可能是稳定的。

事实上，在我们对外星世界的 探索 过程中有很多好消息——在团队运行完成的剩余四分之一的模拟中，地球实际上是相当正常和宜居的。

研究人员说，这与稀土假说相矛盾，稀土假说提出产生地球生命的条件是如此独特，以至于它们永远不能在宇宙的任何其他地方被复制。

“地球爆炸得恰到好处。不是很快，不是很慢，不是很大，也不是很小。真的很合适，”霍纳说。

图解：太阳和太阳系行星以及行星序列的描绘

稀土假说认为，如果没有这样的排列，特别是没有巨大的天然气巨星木星（来自太阳的第五个行星，也是最大的），地球上就不会出现复杂的生命。图源：wikipedia

“这表明至少对于这种轨道影响，轨道扰动，不会变成稀土地球，在我们模拟的系统中，你发现的大多数在地球轨道上的行星，如果从周期性（气候）振荡的角度来看，会和地球一样适合生命。”

图解：在类似恒星的宜居区域中发现了数量与地球相似的行星。2021年的信息图描绘了 开普勒 62e，开普勒62f，开普勒186f，开普勒296e，开普勒296f，开普勒438b，开普勒440b，开普勒442b，开普勒452b。 图源：wikipedia

这些是重要的观察结果，因为研究的最终目的是设计一个实验来帮助缩小哪些系外行星值得进一步的观察的范围。

在未来的某个时候，我们的技术将变得足够尖端来探测可居住范围内许多更小的、地球大小的系外行星。但是在高需求而显微镜时代有限的情况下，我们需要确定我们可以采取的其他的第一步，以评估特定的系外行星是否值得继续研究。

一种方法是检测同一恒星周围轨道上其他系外行星对潜在可居住性的影响。

霍纳解释说：“我们永远不会找到只有一个行星而没有其他行星的行星系统。”

这就是模拟发挥作用的地方。它们不仅可以用来确定系统的动力学，而且可以用来确定所讨论的系外行星在很长一段时间内仍可居住的可能性。

在团队的工作能被大规模应用之前还有一段时间。我们目前的仪器还并不足以检测它所观测的系外行星。随着更先进的望远镜的出现，这种情况将在未来10年发生改变。

这也意味着还有更多的工作要做。研究团队希望他们的工作意味着当可居住的系外行星探测开始涌入时，行星天文学家可以通过模拟来运行。这意味着需要对模拟进行调整，来观察当你移动太阳系的其他行星时会发生什么，例如金星，火星和土星。

霍纳说：“我认为，这种复杂性正是我们要去深入研究的问题。”

“然后进一步地，我们还将考虑将这项工作与人们开发的气候模型联系起来，看是否可以将其转变为完全可预测的气候解决方案。”

“换句话说，如果知道行星的轨道，你能预测气候的变化程度，而不仅仅是预测轨道如何变化。它将气候科学和天文学以一种非常出色的方式结合在了一起。”

该研究已被《天文期刊》采纳，并在arXiv网站上可用。

作者: MICHELLE STARR

FY: 张玉兔

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