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[原创文章] 哈勃121101:恰到好处的小行星带才能孕育复杂生命

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gohomeman1 发表于 2012-11-17 17:11 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 浙江省宁波市 电信

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http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2012/44/

November 1, 2012 05:00 PM (EDT)
News Release Number: STScI-2012-44

太空望远镜科研所2012年第20#新闻,美国东部时间2012.11.1 17:00公布。
Asteroid Belts of Just the Right Size are Friendly to Life
正好的小行星带才是生命之友

http://imgsrc.hubblesite.org/hu/db/images/hs-2012-44-a-print.jpg,2.1MB

November 1, 2012: Solar systems with life-bearing planets may be rare if they are dependent on the presence of asteroid belts of just the right mass, according to a study by Rebecca Martin, a NASA Sagan Fellow from the University of Colorado in Boulder, and astronomer Mario Livio of the Space Telescope Science Institute in Baltimore, Md.
2012.11.1:如果恒星系统中生命宜居行星存在,与其小行星带的质量、大小相关的话, 那么地球将是极为稀少的。这项新的研究成果由美国宇航局(NASA)的萨根研究员(NASA Sagan Fellow)、马里兰州巴尔的摩市太空望远镜科研所(STScI)天文学家、巨砺市科罗拉多州立大学瑞贝卡•马丁(Rebecca Martin)领导的团队发布。
They suggest that the size and location of an asteroid belt, shaped by the evolution of the Sun's protoplanetary disk and by the gravitational influence of a nearby giant Jupiter-like planet, may determine whether complex life will evolve on an Earth-like planet. The findings will appear today in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters (published by Oxford University Press).
他们的研究推论:恒星系统中小行星带的宽度和位置,取决于原行星盘的演化和近邻类木气态巨行星引力的影响,也许决定着类地行星上能否出现复杂的生命形态。他们的研究成果发布在牛津大学出版社于今天出版的《皇家天文学会每月通讯》上。
hs-2012-44-a-web_print.jpg
 楼主| gohomeman1 发表于 2012-11-17 17:18 | 显示全部楼层 来自: 浙江省宁波市 电信
http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2012/44/full/

Solar systems with life-bearing planets may be rare if they are dependent on the presence of asteroid belts of just the right mass, according to a study by Rebecca Martin, a NASA Sagan Fellow from the University of Colorado in Boulder, and astronomer Mario Livio of the Space Telescope Science Institute in Baltimore, Md.
由美国宇航局萨根研究员(NASA Sagan Fellow)、马里兰州巴尔的摩市太空望远镜科研所(STScI)天文学家、巨砺市科罗拉多州立大学瑞贝卡•马丁(Rebecca Martin)领导的团队,今天宣布了他们的研究成果:如果恒星系统中生命宜居行星存在,与其小行星带的质量、大小相关的话, 那么地球将是极为稀少的。
They suggest that the size and location of an asteroid belt, shaped by the evolution of the Sun's protoplanetary disk and by the gravitational influence of a nearby giant Jupiter-like planet, may determine whether complex life will evolve on an Earth-like planet.
他们的研究推论:恒星系统中小行星带的宽度和位置,取决于原行星盘的演化和近邻类木气态巨行星引力的影响,也许决定着类地行星上能否出现复杂的生命形态。
This might sound surprising because asteroids are considered a nuisance due to their potential to impact the Earth and trigger mass extinctions. But an emerging view proposes that asteroid collisions with planets may provide a boost to the birth and evolution of complex life.
这个初听起来令人惊讶:小行星因它们可能撞击地球并引发生物大灭绝而声名狼藉。但一项新研究却认为,小行星撞击可能促进了复杂生命的诞生和演化。
Asteroids may have delivered water and organic compounds to the early Earth. According to the theory of punctuated equilibrium, occasional asteroid impacts might accelerate the rate of biological evolution by disrupting a planet's environment to the point where species must try new adaptation strategies.
小行星可能给地球带来水和原始有机物。根据间断平衡理论(反达尔文渐变进化的假说——译注),小行星撞击改变了地球的环境,迫使物种必须适应新环境,从而加速了生命进化。
The astronomers based their conclusion on an analysis of theoretical models and archival observations of extrasolar Jupiter-sized planets and debris disks around young stars. "Our study shows that only a tiny fraction of planetary systems observed to date seem to have giant planets in the right location to produce an asteroid belt of the appropriate size, offering the potential for life on a nearby rocky planet," said Martin, the study's lead author. "Our study suggests that our solar system may be rather special."
天文学家的这一结论基于对理论模型的分析和年轻恒星周围尘埃盘与类木系外行星的观测档案资料。报告首席作者马丁介绍说:“我们的研究显示,观测数据中仅有极少的行星系统,能够使气态巨行星处于恰到好处的位置,形成一个刚刚好的小行星带,为其附近的岩态行星提供可能的生命条件。我们的研究表明,太阳系极为特殊。”
The findings will appear today in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters (published by Oxford University Press).
团队研究成果发布在牛津大学出版社于今天出版的《皇家天文学会每月通讯》上。
Martin and Livio suggest that the location of an asteroid belt relative to a Jupiter-like planet is not an accident. The asteroid belt in our solar system, located between Mars and Jupiter, is a region of millions of space rocks that sits near the "snow line," which marks the border of a cold region where volatile material such as water ice are far enough from the Sun to remain intact. At the time when the giant planets in our solar system were forming, the region just beyond the snow line contained a dense mix of ices, rock, and metals that provided enough material to build giant planets like Jupiter.
马丁和利维奥(Livio)推测:小行星带与类木行星为伴并非意外事件。在太阳系中,小行星带位于木星和火星之间,那里有数百万的石块在“雪线”附近运行——那里离太阳足够远,水等挥发性物质能够以固体存在。当太阳系中的巨行星形成时,雪线外的区域正充满了水冰、岩石、和金属等物质,足以形成木星这样的巨行星。
When Jupiter formed just beyond the snow line, its powerful gravity prevented nearby material inside its orbit from coalescing and building planets. Instead, Jupiter's influence caused the material to collide and break apart. These fragmented rocks settled into an asteroid belt around the Sun.
木星刚在雪线形成,它的强大引力就会把附近的物质从聚合形成行星的位置吸引到自己的轨道中。结果木星的影响就是使剩余的物质相互碰撞并分裂,这些碎石块最终形成了围绕太阳的小行星带。
"To have such ideal conditions you need a giant planet like Jupiter that is just outside the asteroid belt [and] that migrated a little bit, but not through the belt," Livio explained. "If a large planet like Jupiter migrates through the belt, it would scatter the material. If, on the other hand, a large planet did not migrate at all, that, too, is not good because the asteroid belt would be too massive. There would be so much bombardment from asteroids that life may never evolve."
Livio解释道:“要达到如此的理想化条件,你需要木星这样的巨行星恰好位于小行星带外,并移动范围不大——不能穿过小行星带。假如巨行星穿过了此带,将把其中的物质四处散射一空。另外,假如巨行星一点没不移动,那也不行——小行星带回变得过于稠密,地球等将饱受持续的轰击,生命演化就别指望了。”
In fact, during the solar system's infancy, the asteroid belt probably had enough material to make another Earth, but Jupiter's presence and its small migration towards the Sun caused some of the material to scatter. Today, the asteroid belt contains less than one percent of its original mass. Using our solar system as a model, Martin and Livio proposed that asteroid belts in other solar systems would always be located approximately at the snow line. To test their proposal, Martin and Livio created models of protoplanetary disks around young stars and calculated the location of the snow line in those disks based on the mass of the central star.
事实上,在太阳系早期,小行星带的物质可能足以形成另一个地球,但木星向太阳一定的迁移运动散射了小行星带的一部分物质,今天的小行星带物质量还不到初期的1%。根据我们的太阳系模型马丁和利维奥推测,其他恒星系统的小行星带总是在雪线附近。为了测试该推断,他们创建了围绕年轻恒星的原行星盘模型,并根据中央恒星的质量分析雪线的位置。
They then looked at all the existing space-based infrared observations from NASA's Spitzer Space Telescope of 90 stars having warm dust, which could indicate the presence of an asteroid belt-like structure. The temperature of the warm dust was consistent with that of the snow line. "The warm dust falls right onto our calculated snow lines, so the observations are consistent with our predictions," Martin said.
接着他们分析了NASA斯皮策空间望远镜的红外数据,在现存的所有资料中,有90个恒星的周围存在温暖尘埃带——表面它们存在类似小行星带的结构。而该区域的温度与雪线相符。马丁说:“温暖的尘埃带恰好位于我们分析的雪线位置,因此我们的推论与观测相符。”
The duo then studied observations of the 520 giant planets found outside our solar system. Only 19 of them reside outside the snow line, suggesting that most of the giant planets that may have formed outside the snowline have migrated too far inward to preserve the kind of slightly-dispersed asteroid belt needed to foster enhanced evolution of life on an Earth-like planet near the belt. Apparently, less than four percent of the observed systems may actually harbor such a compact asteroid belt.
两位接着研究了已经发现的520个系外巨行星的分布情况。结果仅有19个位于雪线之外,推测它们中的大部分都已经移到了很大距离,穿过了尘埃带;仅保留了极少小行星带被略微散射,并为其附近的类地行星提供了生命演化的支持。显然,观测数据中仅有4%以下的系统,恰好庇护着这样紧凑而简洁的小行星带。
"Based on our scenario, we should concentrate our efforts to look for complex life in systems that have a giant planet outside of the snow line," Livio said.
利维奥总结道:“根据我们的方案,要寻找复杂生命,就应该集中注意力在巨行星位于雪线外的那些系统。”

CONTACT  
联系人
Donna Weaver / Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
马里兰州巴尔的摩市,太空望远镜科研所
410-338-4493 / 410-338-4514
dweaver@stsci.edu / villard@stsci.edu

Rebecca Martin
University of Colorado, Boulder, Colo.
科罗拉多州巨砺市,科罗拉多州立大学
rebecca.martin@jila.colorado.edu

Mario Livio
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
马里兰州巴尔的摩市,太空望远镜科研所
410-338-4439
mlivio@stsci.edu
互相尊重,互相理解,共同提高
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 楼主| gohomeman1 发表于 2012-11-17 17:22 | 显示全部楼层 来自: 浙江省宁波市 电信
两位作者的著名的系外行星研究方面的理论学者,他们今年的另一篇研究论文,因为时间关系,暂时就不翻译了,可以参看:

为何地球如此干燥?

他们这次研究成果的PDF,下载链接(全英文的)
MNRAS Paper by: R. Martin and M. Livio, 2012




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 楼主| gohomeman1 发表于 2012-11-17 17:24 | 显示全部楼层 来自: 浙江省宁波市 电信
PDF中的插图,显示520个类木行星近星点的距离分布。△是我们的木星位置。

横坐标:母恒星质量,纵坐标:天文单位。曲线表示雪线的位置。


巨行星的近星点分布与恒星质量的对比.JPG
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 楼主| gohomeman1 发表于 2012-11-17 17:27 | 显示全部楼层 来自: 浙江省宁波市 电信
要说明的是,由于观测手段的限制,当前发现的大量类木行星都离母恒星较近,但事实上可能较远的类木行星也有很多,这需要长期观测资料的积累,而现在的资料积累严重不足。

但是,很早以前的模拟就指出,尘埃盘如果质量较大且较弥散,会很明显地吸引类木行星向恒星运动。这个原理,我们的外太空探测器一直在用:利用木星的引力加速更快地飞向外太阳系。


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 楼主| gohomeman1 发表于 2012-11-17 19:07 | 显示全部楼层 来自: 浙江省宁波市 电信
太阳系这样的结果,确实是很罕见的。

如果开始时形成了三颗类木行星,由于三体的混沌效应,必定会有一颗冲向内部,产生强烈扰动;如果类木行星形成后,小行星带还有足够物质,也足以使木星向太阳运动,把内太阳系搅乱。
如果木星形成后没有进入小行星带,那么小行星带的大量碎石块将会使地球长期处于轰炸状态,那么地球还是生命的炼狱。

正是因为木星和土星的互相作用,不但使小行星带的质量比较小;而且后期重轰炸时代,柯伊伯带的大量彗星给早期的地球带来的大量的水和有机物,生命的原材料再次富集在地球上。这些物质一开始的内太阳系当然也有,但形成行星的过程中,它们几乎已经被耗尽;尤其是形成月球的撞击,把整个地壳的碳氢化合物等,几乎都给烧光了,水也基本都蒸发掉了。


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三叶观天 发表于 2012-11-17 19:27 | 显示全部楼层 来自: 广西百色市 电信
说得简单点,生命是被砸出来的
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jic_zhong 发表于 2012-11-17 19:32 | 显示全部楼层 来自: 山东省 联通数据上网公共出口
漂亮
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inter06 发表于 2012-11-17 19:59 | 显示全部楼层 来自: 北京市 鹏博士BGP
感谢G版的翻译,辛苦了
G版说得对,现在的当务之急是观测数据,在对宇宙和生命没有清晰思路的情况下,提高观测能力和扩大观测范围是最重要的
只有我们的数据足够了,我们才能判断地球的哪些特征是生命产生的必要条件
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人与自然 发表于 2012-11-18 09:13 | 显示全部楼层 来自: 广东省佛山市 (三水区)电信
受益颇多,多谢G版辛苦翻译!
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hhbb 发表于 2012-11-18 09:25 | 显示全部楼层 来自: 湖北省武汉市 联通
感觉生命的产生是小概率事件!
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narutoma 发表于 2012-11-18 23:20 | 显示全部楼层 来自: 山东省潍坊市 联通
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
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liangjiami2 发表于 2012-11-19 00:39 | 显示全部楼层 来自: 广东省佛山市 电信
我认为即使是与太阳系相同的条件,产生高级生命也是稀有的事件。当前对太阳系外的恒星系统的研究还是很初步而已,我认为并不是太阳系很独特,而是银河系里每个恒星系统都有独特之处。

点评

那是当然的。对于银河系来说,差个1亿年实在不算什么。 太阳系形成于46亿年前,在此前1亿年,有类似的恒星系统能够孕育生命,貌似很正常。而且也没有理由认为,一颗行星必须演化46亿年才能产生高级生命,这其中差个  详情 回复 发表于 2012-11-21 12:51
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 楼主| gohomeman1 发表于 2012-11-21 12:51 | 显示全部楼层 来自: 浙江省宁波市 电信

那是当然的。对于银河系来说,差个1亿年实在不算什么。

太阳系形成于46亿年前,在此前1亿年,有类似的恒星系统能够孕育生命,貌似很正常。而且也没有理由认为,一颗行星必须演化46亿年才能产生高级生命,这其中差个1亿年又非常正常。

如此一来,如果能孕育高级生命,也许1亿年前,地球就已经被外星智慧生命发现了。要知道地球上存在大量的植物可不是1亿年了,这样的地球明显与其他类地行星不同,应该是显然的。

所以我有时确实怀疑,银河系中的智慧生命,现在就我们一家。


点评

独一家是最理想的结果哈  详情 回复 发表于 2012-11-21 19:01
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inter06 发表于 2012-11-21 19:01 | 显示全部楼层 来自: 北京市 鹏博士BGP
gohomeman1 发表于 2012-11-21 12:51
那是当然的。对于银河系来说,差个1亿年实在不算什么。

太阳系形成于46亿年前,在此前1亿年,有类似的恒 ...

独一家是最理想的结果哈
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索理客 发表于 2012-11-30 19:52 | 显示全部楼层 来自: 江苏省南京市 电信
gohomeman1 发表于 2012-11-21 12:51
那是当然的。对于银河系来说,差个1亿年实在不算什么。

太阳系形成于46亿年前,在此前1亿年,有类似的恒 ...

在我来到牧夫之后,你的想法已经被我同化很深很深了,
不信你可以翻翻你自己以前的帖子回复。
但是我也要谨慎点,银河系内超过地球的文明数量不会大于5个...

点评

这个估计已经差不多就是说基本为0了,因为这个数目相对于银河系的行星和恒星数量而言就是0的概念。。。。个人感觉超越地球很多的智慧文明银河系应该尚未出现,要不然早就发现并给我们发来信息了,无论是有意无意。  详情 回复 发表于 2012-12-1 11:36
我的想法,应该不会只受一个人的影响吧  详情 回复 发表于 2012-11-30 20:05
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 楼主| gohomeman1 发表于 2012-11-30 20:05 | 显示全部楼层 来自: 浙江省宁波市 (江北区)电信
sonic5188 发表于 2012-11-30 19:52
在我来到牧夫之后,你的想法已经被我同化很深很深了,
不信你可以翻翻你自己以前的帖子回复。
但是我也要 ...

我的想法,应该不会只受一个人的影响吧
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zenghan 发表于 2012-12-1 11:36 | 显示全部楼层 来自: 新疆乌鲁木齐市 电信
sonic5188 发表于 2012-11-30 19:52
在我来到牧夫之后,你的想法已经被我同化很深很深了,
不信你可以翻翻你自己以前的帖子回复。
但是我也要 ...

这个估计已经差不多就是说基本为0了,因为这个数目相对于银河系的行星和恒星数量而言就是0的概念。。。。个人感觉超越地球很多的智慧文明银河系应该尚未出现,要不然早就发现并给我们发来信息了,无论是有意无意。
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