“我们独自一人吗？3D气候建模有助于寻找外产上的生活

艺术家的概念显示了一个假设的星球，其中有两个卫星在红矮星的可居住区内。

为了在外层空间寻找生命，天文学家首先需要知道在哪里看。一个新的西北大学学习将帮助天文学家缩小搜索。

该研究团队是第一个将3D气候建模与大气化学结合起来，探讨了侏儒恒星周围行星的居住性，占总银河系的大约70％。使用此工具，研究人员重新定义了通过考虑明星的辐射和地球的旋转速度来制作一个星球的条件。

在它的调查结果中，与科罗拉多州大学的研究人员合作，美国宇航局的虚拟行星实验室和马萨诸塞术学院的研究人员，发现只有行星轨道活跃的星星 - 那些发出大量紫外线（UV）辐射的人失去大量的水蒸发。行星周围不活动，或安静，恒星更有可能维持寿命液体水。

研究人员还发现，具有薄臭氧层的行星，其具有较为可居所的表面温度，可获得危险水平的UV剂量，使它们对复杂的表面寿命有害。

“对于大多数人类历史，生活在其他地方的生活是唯一的哲学领域，”这项研究的第一个作者陈某说，“西北的霍华德陈说。“近年来我们只有我们拥有建模工具和观测技术来解决这个问题。”

“仍然，那里有很多明星和行星，这意味着有很多目标，”研究的高级作者adaniel horton附近。“我们的研究可以帮助限制我们必须指出望远镜的地方数量。”

该研究将于2019年11月14日在线发布，在天体物理学杂志中。

Horton是西北部的艺术和科学学院的地球和行星科学助理教授。陈是一个博士学位。候选人在西北体力变化研究集团和美国宇航局未来调查员。

'金发姑娘区'

为了维持复杂的生活，行星需要能够保持液态水。如果一个星球太靠近了它的明星，那么水就会完全蒸发。如果一个星球离其明星太远，那么水就会冻结，温室效果将无法保持表面足够温暖。这座金发姑娘地区被称为“地区居住区”，一个由宾夕法尼亚州立大学詹姆斯·康陶教授创造的术语。

研究人员一直致力于P OUT，对于一个星球来维持液态水，太近了。换句话说，他们正在寻找可居住的区域的“内缘”。

“太阳系的内边缘在金星和地球之间，”陈解释说。“金星不可居住;地球是。“

Horton和Chen正在超越我们的太阳系，以确定M矮人恒星系统内的可居住区域。因为它们很多，更容易找到和调查，M矮人行星在寻求可居住的行星中被出现为Frontrunners。他们从他们轨道上的小，凉爽，昏暗的星星中得到他们的名字，他们轨道，叫做M矮人或“红矮人”。

关键化学

其他研究人员通过使用1D和3D全球气候模型表征了M矮星的气氛。这些模型也用于地球，以更好地了解气候和气候变化。然而，以前的3D研究了岩石外产的研究已经错过了一些重要的东西：化学。

通过将3D气候建模与光化学和大气化学，Horton和Chen建造了一个更完整的图片，旨在将星形紫外线辐射与气体（包括水蒸气和臭氧）相互作用的更完整的图片。

在他们的模拟中，Horton和Chen发现星星的辐射在一个行星是否可居住的情况下发挥着决定性的因素。具体而言，他们发现，行星轨道活跃的恒星容易受到由于蒸发而失去大量的水。这与使用气候模型没有主动光化学的气候模型，这与以前的研究表现出。

该团队还发现，由于薄薄的臭氧层来说，在周围的许多行星不能维持生命。尽管有其他有可居住的表面温度，但这些行星的臭氧层允许过多的UV辐射通过并穿过地面。辐射水平对于表面寿命存在危害。

“3D光化学起着巨大的作用，因为它提供了加热或冷却，这可能会影响热力学，也许是行星系统的大气组成，”陈说。“这些类型的模型并没有真正在Exoplanet文献中使用的，因为它们是如此计算昂贵的。其他研究更大的行星（如煤气巨头和热兴奋剂）的其他光化学模型已经表明，在调查气候时，人们不能忽视化学。“

“霍顿说，它也很难适应这些模型，因为它们最初是为基于地球条件而设计的。”“要修改边界条件，仍然有模型成功运行一直在具有挑战性。”

“我们独自一人吗？

Horton和Chen认为这些信息将帮助在其他地方寻找狩猎的观察天文学家。仪器，如哈勃太空望远镜和詹姆斯韦伯太空望远镜，具有检测水蒸气和外产上臭氧的能力。他们只需要知道在哪里看。

“我们独自一人？'是最大的未解决问题之一，”陈说。“如果我们可以预测哪个行星最有可能占主持生活，那么我们可能会更接近在我们的生活中回答它。”

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Horton和Chen是Ciera的成员（跨学科和天体物理学探索性研究中心）。

该研究得到了美国宇航局地球和空间科学技术研究生研究奖（80nssc19k1523）和美国宇航局可居住世界赠款（80nssc17k0257）的未来调查人员。在西北的Quest高性能计算设施完成计算工作。