科学家揭示：这颗极端环境的“地狱星球”可能藏有生命的秘密

距离地球约48.5光年的地方，有一颗叫LHS 3844b的系外行星，每11小时就绕完一圈公转。因为轨道太近，它早已被恒星的引力"锁住"，永远以同一面朝向那颗红矮星。

这意味着它的白昼面温度高达1000至2000开尔文，与熔炉无异；而背阳的黑夜面则接近绝对零度，分子运动几乎陷入停滞。

乍看之下，这是一个彻头彻尾的地狱，没有任何生命存在的理由。但一项发表于《自然通讯》的新研究认为，事情可能并没有那么简单。

地表之下，另有乾坤

宾夕法尼亚大学博士后研究员能登大辅和来自日本海洋地球科学技术机构、北海道大学的合作团队，把目光投向了地表以下，也就是这颗行星的地幔。

地幔是夹在地壳与地核之间的那层巨大岩石圈，地球上的火山活动、板块运动都与它的热对流密切相关。研究团队认为，极端的昼夜温差会驱动一种独特的地幔对流模式，而这种对流或许正是打开生命可能性大门的钥匙。

为了在实验室里模拟这种过程，团队选择了一个既聪明又接地气的方案：在一个装满高粘度甘油的小型矩形容器里，注入能随温度变化改变颜色的热致变色液晶，用四个恒温器分别控制容器四边的冷热，模拟行星昼夜、地表和深部内部之间的温度梯度。

系外行星LHS 3844b（左图）的质量是地球的1.3倍，围绕恒星LHS 3844（右图）运行。LHS 3844b于2018年由NASA的凌日系外行星卫星巡天计划（TESS）发现，距离地球48.6光年，绕其母恒星公转一周仅需11小时。由于其轨道非常紧密，LHS 3844b很可能已被潮汐锁定，这意味着行星的一面始终朝向恒星，而另一面始终背对恒星。图片来源：NASA

结果显示出一种出人意料的稳定循环：高温物质在向阳面持续上升，流过顶部之后冷却，再从背阳面缓缓下沉，沿底部返回，周而复始，形成一个连续而规律的环流。

能登大辅用了一个有趣的比喻："它不像地球地幔那样混乱，而是缓慢、稳定、可预测，有点乏味，但这是好事。"

这种稳定循环具有几项重要含义。首先，热量在行星内部得以横向传递和分配，一定程度上缓和了地表极端温差带来的冲击。其次，模型预测向阳面会出现集中且位置固定的火山活动，这与地球上的热点火山随时间漂移的情况完全不同，而稳定的地热活动恰恰是某些类型生命赖以存活的能量来源。最关键的是，研究团队发现，在行星昼夜交界的中纬度地带，即通常被称为"终结者带"的区域，地热条件可能创造出相对温和的局部环境。

"终结者带"：最不像地狱的地方

"终结者带"这个概念在近年来的系外行星宜居性研究中出现频率越来越高。

能登大辅的桌面水箱实验（左图）模拟了潮汐锁定系外行星LHS 3844 b上极端的昼夜温差，利用彩色液体来可视化地幔运动。高温液体在向阳面上升，冷却后在背阳面下沉，形成一个稳定的循环。当将这种模式映射到真实的行星内部结构（右图）时，预测向阳面存在集中的火山活动，而两者之间则可能存在适宜居住的暮光带。图片来源：能登大辅

美国加州大学河滨分校2023年发表在《天体物理学杂志》上的研究，就专门针对潮汐锁定行星上这条昼夜交界的窄带区域建立了大气循环模型，发现部分行星在这一区域存在维持液态水的可能性，并由此提出"终结者带宜居性"的概念框架。

能登大辅的研究从地球物理学角度为这一框架提供了新的支撑。地幔稳定循环所携带的地热能量，能够在一定深度的地下维持相对温暖的岩石环境，这与地球上深海热液喷口周围的极端微生物生态系统有概念上的相似之处。在那里，生命完全依靠地热和化学梯度维生，对太阳光毫无依赖。

能登大辅本人对这一可能性保持审慎的乐观，他说："单看白天和黑夜的极端温度，足以让人得出结论，这类系外行星的环境太恶劣，不适宜生命生存，但生命或许会找到生存之道。"

值得注意的是，LHS 3844b目前被认为缺乏厚重大气层，这使它更易于被詹姆斯·韦布空间望远镜的后续观测所检测，也使得研究团队的地球物理模型具有更直接的可验证意义。

实验还发现，LHS 3844b地幔的热传递效率与地球处于相当水平，这意味着某些系外行星，尤其是潮汐锁定的超级地球，并非人们通常想象的那种完全"死寂"的世界。

能登大辅和其团队的研究领导者乌略亚表示，接下来他们将进一步扩展实验方法，探索地幔对流如何影响液态地核乃至行星磁场，这是目前实验装置尚无法触及的变量，但对于行命宜居性的完整图景至关重要。

一颗被认为不可能孕育生命的星球，正在以一种意想不到的方式，重新进入科学讨论的视野。