在寻找类地行星的过程中,像潮汐封闭这样的行星是最可靠的赌注,我们的后代可以在这些地方定居下来。如果我们真的想生活在其他太阳系中,那么永恒的黑暗和无尽的阳光将是人类的未来。

天文学家认为,我们星系中大多数温度与地球相似的行星都有可能被潮汐锁住。因为它们的轨道周期和自转周期是一样的,所以这些行星对太阳总是呈现出同样的一面,就像我们总是看到月球的同一面一样。

潮汐锁定世界如此泛滥的原因很简单。在我们的星系中,多达四分之三的太阳是红矮星,比我们的太阳更小更冷。任何围绕红矮星运行的行星都需要离它的恒星更近才能维持人类的生命,就像水星离太阳那样近。在这个距离,恒星的引力会把它拉进潮汐锁定的轨道。

例如,天文学家最近在特拉普斯特-1星系的宜居带发现了7颗地球大小的行星,它们都有可能被潮汐锁住。重要的是,人们着迷于想象生活在一个天空从未改变的星球上的人类会是什么样子。

现在,谈论这些行星意味着沉迷于推测,这是一个科幻作家的完美状态。但我们对潮汐锁住的世界的动态有了足够的了解,开始了解它们是如何运作的,以及我们可以在那里建立什么样的文明。

第一个问题:人类会在潮汐锁住的星球上定居在哪里?最新的答案似乎是介于白天和黑夜之间的一片朦胧地带。伯尔尼大学空间与宜居性研究中心的天体物理学家丹尼尔·安格豪森说:“那可能是金发女孩地带,既不太热也不太冷,而是介于永恒的黄昏和永恒的黎明之间。”

安格豪森认为,在终结者区域,人类也许能够利用某种热核反应堆中夜晚的冷水和白天的热水来产生地热能。

马普天文研究所的鲁米拉·卡隆说,要想在潮汐封闭的世界里获得液态水,你需要一个系统来冷却白天,加热夜晚。否则,所有的液体会在夜晚结冰,或者更糟的是,大气本身会在黑暗中结冰。

这些行星的可居住性很大程度上取决于能多好地输送热量,卡罗内说。她的计算机模型显示,潮汐锁住的行星可能有两个强风喷流,在每个半球各有一个,这可能有点像地球上的喷流。但是如果行星离太阳太近,它可能只有一股气流,直接掠过离太阳最近的部分。在这种情况下,热量可能被困在白天。

即使是相对温和的温差也会让这些行星更难生存。哈佛大学研究系外行星大气的大三学生劳拉·克瑞德伯格说,白天舒适温和的气候可能仍然会让夜晚寒冷到足以结冰。地球上所有的水会在夜晚结冰吗?我们还不知道,她说,洋流也可以帮助传输热量,但这些影响取决于地球上有多少水以及大陆在哪里。

潮汐锁定行星的一种可能情况是所谓的“眼球地球”模型,在这个模型中,一颗行星一开始完全被冰覆盖,然后在面向太阳的一侧融化。对于一个来自太空的观察者来说,这看起来就像一个眼球,安格豪森解释道,或者,如果海洋能够输送足够的热量,你可能会得到一个被冰包围的龙虾形状的海洋。

在最极端的情况下,光侧的热量变得如此极端,以至于水不可能存在。但只要有足够的温差,它就能在夜间重新形成。

这就是在潮汐锁住的行星WASP-103b上发生的事情,WASP-103b是一个“热木星”类型的世界。根据马赛大学的维文·帕尔曼蒂尔最近对WASP-103b的研究,水分子在地球的白天被破坏,然后漂移回夜晚,重新组合成水分子,形成云,然后这个过程重复。

除了寻找液态水的问题,围绕红矮星的潮汐锁住的世界可能还有其他问题,卡罗内说。红矮星是出了名的喜怒无常,它们往往会经历很长一段时间,在这段时间里,它们会突然爆发,并将物质喷射到太空中。

这些爆发可以加热居住区域内行星的大气层,同时恒星也可以喷射出剥离大气层的物质。这发生在早期的地球上,当我们的原始大气层被撕裂离开我们的时候。之后,地球从另一种大气中释放出二氧化碳。但是在一个潮汐封闭的世界里,一场足够猛烈的太阳风暴也可以摧毁第二大气层。

帕尔曼蒂尔说,即使有大气层,地球的白天也可能受到致命的辐射。红矮星发出的光不能提供足够的紫外线波长来产生臭氧,所以这个星球,不像地球,可能没有臭氧层。

任何生活在这个星球上的人都需要吃饭和呼吸,希伯来大学的物理学家约瑟夫·盖尔和阿姆里·旺德尔一直在研究植物是否能在耀斑和辐射下存活。起初,植物可能在海洋中进化以利用水的保护层。但最终,如果恒星变得不那么猛烈,这颗行星可能会形成足够厚的大气层,使植物能够在陆地上生长。盖尔和旺德尔还计算出可见光光谱中可能有足够的光来进行正常的光合作用。

然而,有了能够维持生命的大气层,就会有足够强大的气流来冷却地球的白天。温度最终可能会和地球热带地区的温度一样。大气层还可以帮助形成一层云,作为永久的遮阳物。像卡罗内这样的科学家一直在制作潮汐锁定世界的计算机模型,他们越来越相信人类可以生活在终结者区域之外。

多伦多大学天文学和天体物理学博士生阿迪夫·帕乐迪对这一现象有一个猜测:人们可能住在白天,但需要建造采矿和管道作业,才能把冰从夜晚运过来。这在很大程度上取决于白天的辐射轰击有多严重。帕乐迪还认为人们可以学习在结冰的夜晚生活。

帕乐迪说,对于生活在潮汐封闭世界的人类来说,最大的挑战可能是完全不同的天空。如果他们生活在白天,他们可能会失去对宇宙的所有知识,因为他们永远看不到星星。他们对时间流逝的看法也会改变,因为天空中没有任何东西会改变。

受到这些问题的启发,人类定居者肯定会利用温差来产生地热能,就像安格豪森建议的那样。