科学家在65光年外发现蓝色木星：极端环境不适合生命生存

单丁鹤纷

2005年天文学家通过哈勃太空望远镜，在距离地球约 64.5 光年的狐狸座方向，发现了一颗呈现出极其深邃、迷人钴蓝色的系外行星，这颗行星被命名为 HD 189733b。


然而随着观测数据的不断传回，尤其是近年来斯皮策太空望远镜，以及詹姆斯·韦伯太空望远镜的极高精度光谱分析，所有的浪漫幻想被瞬间击碎，天文学家们骇然发现：这颗看似温柔的蓝色星球，根本不是什么“第二地球”，而是全宇宙已知最极端、最暴虐、最令人毛骨悚然的“气象地狱”。
在这里不要说孕育生命，就连“生命”或者“有机化学反应”这个概念本身，都会在降临的瞬间被绝对的物理和化学法则无情地抹杀。


如果要用一句话来概括 HD 189733b 的本质，那就是它是一颗“热木星”。
它的质量大约是木星的 1.13 倍，体积也比木星大出约 14%，作为一颗气态巨行星，它没有像地球那样坚固的岩石表面，你无法在上面“着陆”，只能不断地向它那气压极高、深不见底的浓密大气层深处坠落。


既然没有液态水海洋，那它为什么会呈现出和地球极其相似的深蓝色呢？
答案藏在光学物理和一个极其危险的化学成分中。
在地球上天空是蓝色的，是因为大气中的氮气和氧气分子对太阳光进行了瑞利散射，根据瑞利散射定律，散射强度与入射光波长的四次方成反比：这意味着波长较短的蓝光比波长较长的红光更容易被大气粒子散射开来，从而弥漫在整个天空中。


HD 189733b 的大气层同样在发生极其强烈的瑞利散射，但不同的是，充当散射粒子的，绝不是温和的水分子，而是硅酸盐颗粒，这颗行星的大气层中弥漫着高浓度的硅酸盐云层，当其母恒星的光芒射入这片大气时，微小的硅酸盐颗粒疯狂地散射着蓝光，将整颗星球染成了迷人的钴蓝色。
但这美丽的蓝色背后，隐藏着第一重地狱的真相：如果你在这颗星球的大气中呼吸，你吸入的将是极其细密、滚烫的玻璃粉尘，它们会瞬间切碎你所有的呼吸器官。


HD 189733b 之所以会拥有如此恐怖的大气成分，根本原因在于它与其母恒星的距离，在太阳系中，距离太阳最近的水星，其轨道半径大约是 0.39 天文单位，而 HD 189733b 距离它的母恒星有多近？
仅仅只有 0.031 天文单位！


这是水星到太阳距离的不到十分之一，它绕母星公转一圈，只需要极其短暂的 2.2 个地球日，如此极端的靠近，带来了一个致命的物理后果：潮汐锁定。
就像月球永远只有一面朝向地球一样，母恒星巨大的引力死死地“拽”住了这颗行星，HD 189733b 永远是用固定的半个球面朝向它的“太阳”，而另外半个球面则永远沉浸在无尽的黑暗星空中。


这种轨道力学设定，将这颗星球推向了热力学的极端：在日面，母恒星极其恐怖的辐射倾泻而下，导致这里的温度常年飙升至 1000°C 到 1200°C 之间，在这个温度下，不仅水早就变成了等离子或游离态，就连许多金属都会被直接熔化甚至气化。
这里的硅酸盐物质无法保持固态，而是被蒸发成气体，弥漫在大气中，相比之下，永远处于黑暗中的夜面，温度“仅仅”只有 700°C 左右，这种高达数百摄氏度的巨大温差，成为了驱动下一个地狱级气象灾难的终极引擎。


在地球的热力学系统中，热空气上升，冷空气下降，温差会产生气压差，从而形成风，在 HD 189733b 上，日面 1200°C 和夜面 700°C 之间存在着极其极端的温度梯度，为了平衡这种疯狂的热量分布，这颗星球的大气层被迫进入了一种近乎歇斯底里的流动状态。
天文学家通过测量这颗行星在掩星时光谱的微小多普勒频移，计算出了它大气层中的风速。得到的数据让所有气象学家倒吸一口凉气：这里的风速高达 8,700 公里/小时。


在这里，风不再是气体的流动，而是一堵以超高音速推进的、坚不可摧的“气压墙”，如果将任何地球上的人造金属探测器空投到这里，不需要等到它被高温熔化，超音速风暴带来的恐怖动压就会在几秒钟内将其瞬间撕扯成金属碎片。
当极端的温度遇上超音速的狂风，HD 189733b 孕育出了宇宙中最具想象力、也最残暴的气象奇观，在日面那 1200°C 的高温下，硅酸盐矿物被蒸发成了气体。


然而当这些携带着硅酸盐蒸汽的超音速气流，跨越被称为“晨昏圈”的区域，冲向温度只有 700°C 的夜面时，由于温度的骤降，气态的硅酸盐达到了凝结点。
它们在大气中迅速凝华，重新变成了固态的颗粒，所以这颗星球上下着“玻璃雨”。
但是千万不要用地球上“雨滴从天而降”的常识来想象这个画面。


因为这里的风速高达 8,700 公里/小时，这些刚刚凝结而成的、滚烫而锋利的玻璃碎屑，根本没有机会在地心引力的作用下垂直下落，它们被超音速狂风裹挟着，以每秒 2 公里的恐怖速度，在行星的大气层中进行着永无止境的“水平扫射”。
当我们探讨外星生命时，我们常常会放宽想象力：也许生命不需要水，也许生命不需要氧气，也许存在硅基生命或者氨基生命。


但是在 HD 189733b 面前，一切关于生命的宏大叙事都显得苍白无力，无论是何种形态的生命，其本质都是一种“高度有序的复杂化学信息系统”，维持这种复杂系统，需要化学键具有一定的稳定性。
在这颗星球上，环境的暴虐程度已经超越了化学键所能承受的物理极限： 在 1200°C 的日面温度下，绝大多数复杂有机分子的共价键会被直接热能打断。任何试图组装成大分子的碳链或硅链，都会在瞬间被热涨落撕裂成最基础的单原子或简单的双原子气体。


超音速狂风和狂暴的垂直对流，制造了宇宙中最极端的混合和研磨环境。在这里，根本不存在让物质安静下来进行缓慢化学演化的温床，母恒星强烈的 X 射线穿透大气，任何幸存的复杂分子键都会被高能光子直接电离打碎。


所以这不仅仅是一个“不适宜居住”的星球，它是一个“物理学和化学的超级粉碎机”，在这个蓝色地狱里，热力学第二定律以最狂暴的姿态统治着一切，“有序”和“生命”这两个词在这里连诞生的概率都被清零了。