黄啟新

北氏等三位美國西北大學(Northwestern University)的天文學家於2010年9月在《天體生物學》(Astrobiology)發表了一篇關於地球的的軌道離心率的文章,研究軌道離心率對行星的可居住性的影響。1

「軌道離心率」(eccentricity)(e)是定義一顆行星圍繞一顆恆星運行的軌道形狀的一個重要參數,並決定了軌道的形狀。軌道離心率可以被視為軌道形狀從圓形偏離了多少的程度:

圓形軌道:e=0
橢圓形軌道:0<e<1
拋物線形軌道:e=1
雙曲線形軌道:e>1

離心率值為0代表一個完美的圓形軌道,而離心率值為0.9代表一個極度拉長了的橢圓形軌道。離心率值為1代表一個拋物線形軌道,而離心率值大於1代表一個雙曲線形軌道。拋物線形和雙曲線形軌道都不是封閉的軌道。地球的離心率值為0.016710220,換句話說,地球圍繞太陽運行的軌道非常接近完美的圓形。

天文學家羅斯(Huge Ross)指出2,該三位天文學家首先審查一顆行星的軌道離心率對生命構成的挑戰。高離心率會令行星的一部分出現凝固環境(例如水),而令行星的另一部分出現蒸發環境。離心率越大,行星暴露於主恆星的輻射差異就越高,這些極端環境因此有更大機會使行星的氣候不適合任何生命居住。高等生命所需的條件就更加苛刻,離心率值低至0.05亦會產生出極端的氣候差異,令恆溫生物難以生存,同時大大減少植物的數量。正如三位天文學家所說:「可能會擾亂行星生命的起源,進化和廣泛繁殖。」。

三位天文學家亦指出很多天體機制很容易擾亂行星軌道並提高離心率,這些機制包括主恆星的一個遙遠伴星以及行星系統的其他行星。他們認為這些機制在太陽系以外的行星系統是十分普遍的,因此在太陽系外其他像地球的行星很有可能會感受到各式各樣的軌道演化。

羅斯指出,這些發現嚴重削弱了生命在太陽系外行星中廣泛繁殖和長期生存的可能性,即使那裡有生命存在,亦不夠豐度和壽命以維持高等生物。人們即使能夠證明宇宙中有很多行星與地球有相若的大小、質量、和與主恆星的距離,可是像地球一樣有近乎圓形及的有高度穩定軌道的行星很可能極為罕見,甚至根本不存在,而要一群在同一行星系統內的行星都有著低離心率軌道就難上加難。因此,羅斯所得的結論是:上帝為了生命(特別是那些像人類一樣複雜和對氣候變化敏感的生命)的緣故而設計了地球、太陽、月亮、和其他太陽系裡的行星。

 

註:
1.  Ryosuke Kita, Frederic Rasio, and Genya Takeda, "Pervasive Orbital Eccentricities Dictate the Habitability of Extrasolar Earths," Astrobiology 10, no. 7 (September 2010):733–41.
2. Hugh Ross, "Pervasive Eccentricity", New Reasons to Believe Vol 3/No 1 February 2011, pp. 13-14.