永昼与永夜之间，也有生命存在的可能性

潮汐锁定行星

在宇宙中，已知的大多数类地系外行星都在距离母恒星很近的轨道上以超短周期运行。因此，这些行星往往容易进入“潮汐锁定”状态——自转与公转同步。在这种状态下，行星的一侧永远面对恒星，被炽热的阳光灼烤；另一侧永远背向恒星，陷入无尽的黑暗与严寒。

在距离地球48.5光年的红矮星LHS 3884系统中，就有这样一颗被潮汐锁定的世界——半径约为地球1.3倍的LHS 3844b。这颗“超级地球”的白昼侧温度高达1000~2000 K，而黑夜侧可能接近绝对零度（0 K）。在许多人看来，这样的极端环境几乎无法孕育生命。

系外行星LHS 3844b（左）围绕恒星LHS 3844（右）运行，仅需11小时就能完成一次公转。（图/NASA）

然而，由于我们对这类行星的认知，主要依赖望远镜观测到的表面温度和大气状况，这些结果存在很大不确定性。更深层的内部世界——比如地幔对流如何运作，又如何影响地表环境——几乎无法直接探测。这意味着，我们不应该贸然断言这类行星不可能孕育和维持生命。

现在，在一项于近期发表于《自然·通讯》杂志的研究中，一个研究团队提出了一个颇具颠覆性的假设：或许，在这类被潮汐锁定的系外行星，生命也能找到容身之地。

桌面实验模拟外星地幔

为了探究潮汐锁定行星的内部动力学，研究团队在实验室中搭建了一个简化但标准的模型框架，来模拟LHS 3844 b上极端的昼夜温度：他们在一个桌面大小的矩形水槽里注入了高黏度的甘油溶液。在水槽的四个边缘，分别设置了四个独立控温加热或冷却的恒温器装置，从而同时模拟星下点（恒星直射区）与对星点（背对恒星区）的水平温差，以及行星表面与深处的垂直温差。

研究人员通过桌面水槽实验（上），用彩色液体可视化地幔运动，模拟了潮汐锁定行星 LHS 3844b 上极端的昼夜温差。热流体在白昼侧上升，经冷却后在黑夜侧下沉，形成稳定的环流。当这一模式映射到真实行星内部（下）时，结果显示火山活动可能集中在恒星辐射的一面，而昼夜交界处则可能存在适宜生命的“曙暮光区”。（图/Daisuke Noto）

为了让热流能被“看见”，研究人员在甘油中加入了热致变色液晶颗粒。这些颗粒会随温度变化而变色，如同在流体中撒下无数会发光的温度探针。

通过实验，他们观察到了令人惊讶的结果：地幔对流会形成一个稳定的大尺度循环——炽热物质在白昼侧上升，越过顶部表层后，横向输送至黑夜侧，在冷却下沉后再沿底部返回白昼侧。这样一个单一的、持续的循环，如同这颗行星的“心跳”般周而复始。

更重要的是，他们还观察到，水平温度梯度（昼夜温差）与垂直温度梯度同等重要。这意味着，即便垂直温差不大，只要昼夜两侧的温度差够大，地幔内部的对流依旧强劲。

火山与液态水

在这些实验结果的基础上，研究团队进一步推演了潮汐锁定系外行星内部可能存在的地幔对流场景，以及它对地表和更深层地核活动可能产生的影响。

其中，一个尤为显著的特征是，这种地幔在垂直方向上的流动是“位置固定”的：在星下点，炽热的物质不断向上涌动；在对星点，冰冷的物质持续下沉。这样的流动格局，意味着赤道的星下点可能矗立着巨大的火山，而中高纬度地区则几乎没有“热点型”火山活动。

在白昼侧的低纬地区，长期暴露在恒星的炽烈辐射下，会导致地表完全干涸，甚至可能因岩石熔化而形成岩浆海洋。但在炽热的白昼与冰封的黑夜之间，还有一条不同寻常的过渡区域，这里可能存在恰到好处的热通量，它不会灼烧一切，也不会让水瞬间冻结。

研究显示，这种温和的热通量可能分布在昼夜交界线附近的中高纬地区，它足以融化夜面冰层，形成液态水。而这条狭长的“液态水带”，或许就潜藏着生命。

从外星到地球

更宏观地看，这项研究不仅适用于LHS 3844b，还能为理解其他潮汐锁定行星——比如55 Cancri e——提供了参考。它甚至能反向启发我们思考地球早期的演化过程，因为潮汐锁定会加速行星从分层对流向单层对流的转变，深刻影响其地质与热史。

目前，研究人员正将这一类实验方法拓展到更多地球与行星系统的研究中，希望进一步揭示不同环境下深部物质运动的规律——这些探索，或许真的“超越这个世界”。

#参考来源：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-62026-z

https://penntoday.upenn.edu/news/could-exoplanets-perpetual-daynight-support-life

#图片来源：

封面图&首图：NASA