【中国观察2026年07月14日讯】

LHS 3844b是一颗距离地球48.5光年的系外行星，它的一个半球永远处于白昼之中，而另一个半球则永远处于黑暗之中。研究人员表示，这颗潮汐锁定行星的白天温度可达1000至2000开尔文，而其背阳面则接近绝对零度。2026年7月9日发表在《自然通讯》上的一项研究表明，此类行星内部的热循环可能形成适宜生命存在的温和区域。

宾夕法尼亚大学Hugo Ulloa领导的Penn GEFLOW实验室的博士后研究员Daisuke Noto领导了这项研究。研究团队利用装有粘性甘油和热致变色液晶的容器构建了一个实验室模型，以模拟地幔对流。他们的研究结果表明，潮汐锁定的系外行星可能比之前认为的更适宜生命存在，因为热量可以在地表下方横向重新分布。

潮汐锁定世界的背景和普遍性
潮汐锁定的行星每绕恒星公转一周，自身也会自转一周，因此始终有一面朝向恒星。据诺托称，拥有永久昼夜的行星比像地球这样经历规律昼夜循环的行星要常见得多。许多天体，例如卫星和距离恒星非常近的行星，都处于潮汐锁定状态。这种排列方式造成了极端的温差：向阳面温度可以高到足以熔化岩石，而背阴面则接近绝对零度。


以往的科学假设认为，如此极端的环境使得生命无法存在。然而，这项新研究挑战了这一观点。正如诺托所说：“仅仅观察昼夜两侧的极端温度，就可能让人得出这样的结论：这些系外行星的环境过于恶劣，不适宜生命生存。但生命或许能够找到生存之道。”银河系中红矮星的普遍存在意味着潮汐锁定行星是系外行星中最常见的类型之一[2]。天体生物学书籍指出，M型矮星的寿命可达数万亿年，这为周围行星上生命的潜在发展提供了漫长的时间尺度[5]。此外，如果潮汐锁定行星能够维持适宜生命生存的环境，那么它们也被视为潜在的候选者[6]。


亚利桑那州立大学的研究人员此前曾研究过TRAPPIST-1系统，该系统包含七颗围绕红矮星运行的类地行星，但这些行星可能过于潮湿，不适宜生命生存[1]。新的研究成果则从不同的角度出发，着重研究了系统内部的热循环，而不仅仅是地表水。

实验室模型和观测到的热循环
研究团队并没有仅仅依赖计算机模拟，而是搭建了一个物理实验室模型来模拟潮汐锁定行星的内部环境。诺托开玩笑说：“在实验室里建造一颗真正的系外行星超出了预算。” 研究人员最终使用了一个桌面长方形容器，里面装满了粘稠的甘油和微小的热致变色液晶，这些液晶会随着温度变化而改变颜色。类似的实验系统长期以来一直被用于研究热量如何在运动缓慢的物质中传递，因此它们可以作为模拟岩质行星内部环境的有效模型。


研究团队在储罐周围安装了四个恒温器，用于加热和冷却不同的区域，从而形成类似于永久光照面、永久黑暗面、表面和深层内部之间的温度梯度。实验揭示了一种极其稳定的模式：高温物质持续上升到向阳面下方，流经上部区域，到达背阳面时冷却，然后下沉，最终返回下地幔。这形成了一个连续的循环回路。诺托将这种模式描述为“缓慢而稳定”，并且“有点乏味——但却是好事”。


对热传输的测量（称为努塞尔数）与地球地幔的测量结果相当。这一发现表明，一些潮汐锁定的系外行星可能维持着局部地热环境，为生命提供有利条件，尤其是在较为温和的中纬度地区。类似的由热驱动的对流过程已在地球内部动力学研究中得到证实，其中缓慢的蠕动流主导着地幔的行为[4]。

对宜居性和未来研究的影响
这种稳定的环流模式的作用可能不仅限于调节地表温度。诺托指出，它还可能影响行星液态内核的运动，从而产生与地球常见的偶极磁场不同的磁场。他表示：“这是我们在本次实验中无法验证的，但这无疑是未来研究的一个令人兴奋的方向。”磁场被认为对保护潜在生命免受恒星辐射至关重要，尤其是在已知会频繁产生耀斑的红矮星周围[2]。


这项研究由宾夕法尼亚大学、日本海洋地球科学技术厅和北海道大学的科学家共同完成。Noto 和 Ulloa 正在继续开发类似的实验室模型，以研究一系列地球物理过程。宾夕法尼亚大学 GEFLOW 实验室此前的研究探索了热量和物质如何在密闭空间中流动，从而深入了解热液系统中的流体。Noto 表示：“我们计划进一步拓展实验方法，在不同环境下更深入地研究地球上不同的系统，其可能性简直超乎想象。”

结论
这项研究表明，由于内部热量重新分布，潮汐锁定的系外行星可能比之前认为的更适宜生命生存。该研究结果基于物理实验室模型而非单纯的计算机模拟，为地下对流能够创造适度热环境的观点提供了经验支持。这挑战了“拥有永久昼夜的行星无法支持生命存在”的传统假设。


这项研究由宾夕法尼亚大学、日本海洋地球科学技术厅和北海道大学的科学家共同完成。随着对宜居星球的探索不断深入，潮汐锁定行星——曾经被认为环境过于极端——如今也成为了进一步研究的对象。该团队的研究方法为探索地球内外其他地球物理系统打开了大门。

参考


汤普森，马克。《太空旅行者太阳系指南》。

安德森，马修。“我们的宇宙故事：探索生命、文明和宇宙。”

杰夫·兹维林克。“宇宙中是否存在生命？一位基督教天体物理学家解答关于寻找适宜生命存在的行星的常见问题。”

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