美國華盛頓大學最新研究指出，許多以往被視為「宜居候選」的系外行星，即便位於恆星宜居帶、表面溫度適合液態水存在，若本質上屬於乾燥行星，仍極有可能完全不適合生命生存。研究團隊發現，對於一顆與地球大小相近的岩石行星而言，要在漫長的地質時間尺度上維持穩定、宜居的表面環境，其表面水量至少需要達到地球海洋總體積的約 20% 至 50%。這意味著，大量被稱作「沙漠行星」的目標——那些軌道位置「剛剛好」——在水資源方面很可能遠遠達不到支撐生命的條件。
岩石循環的關鍵作用
至今，天文學家已確認超過 6000 顆系外行星，預計在整個銀河系中還存在數十億顆類地天體。其中相當一部分落在恆星的宜居帶內，理論上溫度允許液態水存在。然而，華盛頓大學團隊強調，所謂「在正確的位置」僅是一項條件；行星仍需具備長期間穩定的氣候調節機制，而這在很大程度上取決於水與岩石圈、大氣之間的相互作用方式。 論文第一作者、地質與大氣科學博士生哈珀·吉特-吉安拉表示，在尋找宇宙中生命、而觀測資源有限的前提下，必須學會有針對性地「篩掉」一部分行星目標。
這次研究正是聚焦於那些表面水儲量極低、遠少於一整片地球海洋的乾燥行星，以評估它們是否真正宜居。研究結果刊登於《Planetary Science Journal》，核心在於行星地殼岩石循環這一關鍵過程。在地球上，這一以水為核心驅動的循環會在數百萬年尺度上在大氣與行星表面之間搬運岩石元素，從而幫助調節全球表面溫度。 在地球上，火山會向大氣釋放二氧化碳，隨後二氧化碳溶解於雨水中。
雨水與地表岩石發生化學反應，河流再將含碳物質帶入海洋，沉積於海底。伴隨板塊構造運作，富碳的海洋地殼被抬升至大陸之下，並在造山等過程之中，在漫長數十億年裡重新將碳帶回地表。然而，若一顆行星缺乏足夠水源來維持穩定而廣泛的降雨，這套岩石循環「恆溫器」就會瓦解。 當降水及風化作用減弱，二氧化碳從大氣中被「抽走」的效率顯著降低，而火山釋放卻仍在持續。結果是大氣中二氧化碳不斷累積，溫室效應增強，溫度進一步升高，殘餘水分加速蒸發，最終形成惡性循環，使行星表面變得過於灼熱，從而走向不宜居。
吉特-吉安拉指出，這意味著，即便是位於宜居帶的乾燥類地行星，也大概率並非尋找生命的理想目標。 研究還提醒，在以往的理論工作中，乾燥行星上的岩石循環機制相對缺乏系統考量，這或許讓人們對「沙漠系外行星」的宜居潛力過於樂觀。由於對岩石系外行星的直接觀測仍極為困難，科學家往往借助數值模擬來探討其長期氣候演化及水循環特徵。在這次工作中，研究團隊對現有岩石循環模型進行了改進，特別針對乾燥環境重新刻畫了蒸發與降水等關鍵過程，並引入了以往常被忽略的因素，如風場對水汽分佈與蒸發效率的影響。
論文共同作者、華盛頓大學地質與大氣科學系助理教授佐治亞·克里斯汀-佐藤表示，這類精細化的「機制型」岩石循環模型，最初多用於理解地球在漫長地質歷史中的氣候演變與溫度調控，而如今正被拓展至系外行星研究。新結論顯示，即便一顆乾燥行星在早期擁有一定表面水，到晚期也很有概率因岩石循環失效而失去水分，從而潛在演化成灼熱不宜居的「失落行星」。 研究還將目光投向一個近在咫尺的「自然實驗」：金星。
金星與地球大小相近，地質時間也大致相同，部分模型甚至認為它在早期可能擁有與地球相當的水量。然而，今天的金星表面溫度高於木炭燒出的推爐，地表壓力則高到「仿若被十頭藍鯨同時壓在身上」。長期以來，科學界一直在辯論地球與金星為何會走上截然不同的演化道路。吉特-吉安拉與克里斯汀-佐藤提出，金星可能因更近太陽、初始水量較少，早早觸發了岩石循環失效與溫室失控過程。隨之二氧化碳在大氣中不斷積聚、溫度逐漸升高，水分最終被大量損失，若曾存在生命也隨之失去棲息之所。
未來數年，多項即將執行的金星探測任務有望回答這一「姊妹行星之謎」，並檢驗上述岩石循環模型的關鍵預測。吉特-吉安拉認為，雖然在可預見的時間裡人類尚無法在任何一顆真正系外行星表面著陸，但金星——這顆「近在咫尺的類地球系外行星對照象」——獨一無二地提供了窗口。研究團隊期待，來自這些任務的數據將幫助驗證乾燥行星岩石循環失效的理論框架，並反過來用於解讀遙遠系外行星的大氣特徵與演化狀態。
克里斯汀-佐藤指出，這項研究對於我們如何評估宇宙中潛在宜居行星的「真實庫存」極有意義，許多曾被粗略歸入「宜居選項」的目標，很可能在更嚴格的水量與岩石循環標準下被重新剔除名單。
