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宇宙射線毀滅外星生命?地球磁場保護生物安全
宇宙射線毀滅外星生命?地球磁場保護生物安全
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示意圖:近距離γ射線爆發對地球的影響。由于高能射線的轟擊,地球大氣中出現了一層厚厚的二氧化氮氣體層

據國外媒體報道,宇宙射線不斷轟擊地球,一項最新研究則認為這種看不見摸不著的高能粒子流可能在決定其它行星上是否存在生命方面起著關鍵性的作用。

在其被發現100多年之后,宇宙射線仍然困擾著科學家們。這種高能粒子流幾乎以光速在宇宙空間中傳播,其中一些粒子攜帶的能量比地球上最強大加速器達成的粒子能量還要高1億倍。宇宙射線是核子流,其中的主要成分是質子,也就是氫核。

當宇宙射線轟擊地球大氣層,它們會產生一系列的次級粒子流,其中包括μ子,這是一種與電子相似但質量要大得多的亞原子粒子。這其中的部分粒子流會抵達地面,對地面上和海洋中的生命產生危害。事實上μ子甚至可以穿透數十米后的地表巖土層。 

科學家們對宇宙射線可能對遙遠的系外行星宜居性造成的影響開展研究。在過去20年間,科學家們使用地面和空間望遠鏡設備發現了上百顆系外行星,這喚起了人們的希望,人們認為在那些系外行星中或許存在著某種形式的外星生命。研究人員的興趣尤其集中在那些位于所謂“宜居帶”區域內的系外行星,在這些區域,行星距離恒星的遠近適當,從而允許水以液態形式存在于其地表。在地球上,液態水孕育了豐富的生命形式。 
 

 

示意圖:宇宙射線暴露下對生物體DNA造成的傷害

研究人員認為,一顆行星遭受的輻射水平將影響其宜居性。盡管一顆行星經受的外部輻射通量中,來自它的“太陽”的通量要遠高于來自星系的宇宙射線,但后者的粒子能量要遠遠高于太陽輻射中的光子和質子流能量,從而使其具有不可忽視的影響。

這項研究的作者迪米特里·艾特利(Dimitra Atri)是一名來自“藍色大理石空間科學研究所”的天體物理學家,這是一家由來自世界各地的科學家們組成的非盈利研究機構。研究人員對可能影響行星接受到輻射劑量的兩個重要因素進行了關注,包括其磁場的強度,以及大氣層的厚度。

艾特利表示:“當我在對火星和地球開展研究時便開始思考這個問題。這兩顆行星是近鄰,但地球上擁有繁盛的生物圈,火星卻是一片荒蕪。這是為什么?”他說:“主要的原因就在于,相比地球,火星的環境輻射通量很高。這是因為火星的大氣層相比地球幾乎可以忽略不計,以地球的標準來看,它非常非常稀薄。另外火星也沒有全球性的磁場,因此它便相應的缺乏地球那樣面對宇宙射線的保護層。因此我認為正是這樣的差異導致了兩顆原本相似的行星完全迥異的命運。”

研究人員模擬了不同的行星情景,從完全缺乏磁場的行星,到像擁有地球那樣強磁場的行星;從擁有非常稀薄大氣層的行星,到擁有像地球那樣濃密大氣層的行星。艾特利表示:“我們知道地球的磁場保護著我們免受宇宙射線的傷害,我們也認為宇宙射線是對地面環境輻射通量造成顯著影響的因素。” 

然而出乎意料的是,艾特利表示:“我們發現行星的大氣層厚度才是對行星地表輻射通量具有更重要作用的因素。”他說:“如果以地球為例,你將地球的磁場完全去除,那么我們暴露于環境中的輻射通量將上升兩倍,這是非常大的增加,但盡管如此,這樣也不會對我們的生存構成嚴重的威脅。然而,如果你保留磁場,但將地球的大氣層濃度降低10倍,那么我們接受到的輻射通量將會上升兩個數量級。”

科學家們現在傾向于認為那些圍繞紅矮星運行的系外行星是搜尋外星生命的理想地點,因為這類恒星相對暗弱,它們的數量是宇宙中最多的,大約占到宇宙中全部恒星數量的80%左右。然而統計學研究顯示在相對接近紅矮星的宜居帶中的系外行星似乎更傾向于擁有較弱的磁場,這一傾向在一類被稱作“超級地球”的系外行星中顯得尤其明顯。所謂“超級地球”是指那些質量在10倍地球質量以下的巖石質行星。天體生物學家們認為這些行星較弱的磁場可能會導致其不適宜生命生存,然而此次的這項發現表明,較弱的磁場可能并不會構成大的問題。

艾特利表示,未來的進一步研究將考察增長的輻射通量將如何影響生命的演化進程。他說:“現有針對輻射劑量對生物體作用的研究主要做法是使用很高的輻射劑量來考察生物體在這樣的環境下將受到怎樣的傷害,是否會死亡。但我認為系統考察在逐漸升高的輻射劑量環境下生物體的反應將能更好地為研究宇宙射線對宜居環境的影響提供參考。”

艾特利和他的同事們已經在10月份出版的《天體生物學》雜志上詳細介紹了他們的發現。

2014-07-09 20:29

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