熵可能是行星可居住性的關(guān)鍵

2025-11-27 15:21:11 分類：知識 閱讀(4)

藝術(shù)家對太古代早期地球的印象，帶有略帶紫色的居住水圈和沿海地區(qū)。甚至在早期，關(guān)鍵深圳外圍（深圳外圍女）外圍上門（電話微信181-8279-1445）提供一二線城市大圈外圍女資源生命就已經(jīng)繁榮并變得越來越復(fù)雜。星可性信用:uux.cn/奧列格·庫茲涅佐夫
（神秘的居住地球uux.cn）據(jù)今日宇宙（卡羅琳·柯林斯·彼得森）：我們都知道，要在一個星球上生活，關(guān)鍵你需要三個關(guān)鍵的星可性東西:水、溫暖和食物。居住現(xiàn)在再加上一個叫做“熵”的關(guān)鍵因素它在決定一個給定的行星是否能夠維持和生長復(fù)雜的生命方面發(fā)揮著作用。
意大利那不勒斯大學(xué)的星可性化學(xué)研究員、科學(xué)家Luigi Petraccone研究了行星熵。居住他對科學(xué)家如何選擇適合居住的關(guān)鍵行星感興趣。他在《皇家天文學(xué)會月報(bào)》上發(fā)表了一篇論文，星可性研究了一種名為“行星熵產(chǎn)生”(PEP)的居住深圳外圍（深圳外圍女）外圍上門（電話微信181-8279-1445）提供一二線城市大圈外圍女資源東西。它是關(guān)鍵這樣工作的。
一個可居住的世界需要一個有生物生活在其中的生物圈。所有的生命都在利用可獲得的水、溫暖和食物資源生長和擴(kuò)張。事實(shí)證明，熵在一個世界的生物圈中發(fā)揮作用。而且，它需要相對較高的活力。這使得它更有可能擁有復(fù)雜的生命系統(tǒng)，也意味著它將是一個很好的探索目標(biāo)。根據(jù)Petraccone的論文，生命的化學(xué)基礎(chǔ)是什么并不重要——是碳、硅還是其他元素。重要的是生命如何變得更加復(fù)雜。
熵是什么？
在深入Petraccone的論文之前，我們先來談?wù)勳亍Ｎ锢韺W(xué)中的字典定義是:“代表系統(tǒng)熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的不可用性的熱力學(xué)量。”熱力學(xué)第二定律要求宇宙朝著熵增加的方向運(yùn)動。
這似乎有點(diǎn)復(fù)雜，所以讓我們把熵看作是系統(tǒng)中隨機(jī)性或無序度的一種度量。一個有序的系統(tǒng)有足夠的能量去做它需要做的事情。如果它產(chǎn)生(或獲得)更多的能量，那就表現(xiàn)為更高的熵狀態(tài)。
生物是高度有序的，需要不斷輸入能量來維持低熵狀態(tài)。它們產(chǎn)生廢物和副產(chǎn)品，當(dāng)然，作為生命過程的一部分，它們也會損失能量。進(jìn)入一個系統(tǒng)的能量越多，隨后被該系統(tǒng)散失到周圍環(huán)境中的能量越多，事物就會變得越不有序，越不隨機(jī)。本質(zhì)上，它的熵狀態(tài)變得越高。
當(dāng)你觀察對一個星球上的生命有貢獻(xiàn)的系統(tǒng)時，生物學(xué)中的熵就發(fā)揮作用了。Petraccone寫道:“熵產(chǎn)生的程度與這種系統(tǒng)消耗自由能的能力成正比，從而“存活”，進(jìn)化，變得更加復(fù)雜。一般來說，復(fù)雜自組織結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)必須超過熵產(chǎn)生的某個閾值。因此，熵產(chǎn)生可以被認(rèn)為是驅(qū)動生命出現(xiàn)和進(jìn)化的熱力學(xué)推力。”
這讓我們想到了“行星熵產(chǎn)”(PEP)值，它可以幫助科學(xué)家鎖定可能適合生命的行星。最適合居住的地方將是生命能夠產(chǎn)生最大熵的地方。生命形式越復(fù)雜和動態(tài)，它們產(chǎn)生的熵就越多，它們保持的PEP值就越高。Petraccone提出，不同的行星或多或少會有能量潛力，預(yù)測哪些行星最有可能適合居住。
行星熵產(chǎn)生在生命探索中的應(yīng)用
弄清楚一個星球上的生命發(fā)生在哪里以及是否發(fā)生是很重要的。首先，它需要位于其恒星的環(huán)星宜居帶(CHZ)內(nèi)。那是水可以以液態(tài)存在于地表的地方。行星在CHZ中的軌道位置也很重要。如果它太靠近內(nèi)部邊緣，由于恒星加熱(和失控的溫室效應(yīng))，它可能會失去所有的水。如果它更靠近外緣，它可能不像在CHZ中心地區(qū)的那樣好客。此外，一個給定的行星可能在該區(qū)域的完美部分，但在支持生物圈方面有其他挑戰(zhàn)。
為什么不在整個CHZ尋找行星呢？CHZ的內(nèi)外邊緣之間存在熱力學(xué)差異。內(nèi)緣更有利于復(fù)雜生物圈的發(fā)展。PEP和類地行星的可用自由能都隨著恒星溫度的升高而增加。有了這些信息，Petraccone和他的團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用他們的計(jì)算來評估一個選定的可居住行星樣本的PEP和自由能。
科學(xué)家們還需要計(jì)算出一個世界的PEP值的上限，以及它作為恒星溫度和行星軌道參數(shù)的函數(shù)而接收到的相應(yīng)自由能。例如，Petraccone寫道，只有G星和F星CHZ中的類地行星的PEP值才能高于地球值(地球是我們用來比較的)。這意味著它們可能支持生命，而不是在可居住區(qū)的其他地方。
為什么使用PEP作為行星可居住性的基本原理？
有趣的是，在最近提出的可居住的系外行星中，所謂的“海洋”世界似乎是熱力學(xué)上最好的候選者。這些行星有液態(tài)水海洋和富含氫氣的大氣層。我們的星球就是一個很好的例子，可以作為評估的“路線圖”。科學(xué)家們已經(jīng)在用地球做類比，研究適合居住的世界的陸地和海洋的最佳組合。它靠近太陽CHZ的內(nèi)邊緣，這使它處于具有較高PEP值的正確位置。
如果我們假設(shè)地球的PEP值是生命所必需的，那么它允許行星科學(xué)家提出一個“熵可居住區(qū)”(或EHZ)。它包括距離一顆行星有液態(tài)水的恒星加上高PEP值的距離。將這些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于行星，似乎低質(zhì)量恒星周圍的世界不會產(chǎn)生足夠高的EHZ來維持生命。M星和K星也不行。然而，F(xiàn)星和G星周圍的一些星球可能會落在幸運(yùn)的“區(qū)域”,并開始發(fā)展生命。
選擇那些可能適合居住的行星
這些天來，我們看到越來越多的圍繞附近恒星的系外行星的發(fā)現(xiàn)。檢查它們來尋找生命幾乎是不可能的。因此，科學(xué)家需要一些有用的標(biāo)準(zhǔn)來優(yōu)先考慮研究目標(biāo)。除了其他因素，熵產(chǎn)生似乎是一個很好的指標(biāo)，表明一個給定的世界是否可以容納生命——以及生命有多復(fù)雜。
有趣的是，使用PEP和EHZ的存在作為評估一個世界的方法的一個主要優(yōu)點(diǎn)是，它不需要對它的大氣條件進(jìn)行假設(shè)。這些因素也不意味著任何特定世界生命系統(tǒng)化學(xué)基礎(chǔ)的結(jié)論。它們只是為科學(xué)家提供了一種方式來評估一個世界，因?yàn)樗麄兒Y選了數(shù)以千計(jì)的系外行星進(jìn)行進(jìn)一步研究。