互动科普

在巨型气体行星和冰行星上不可能有稳定的液态水存在

有液态水存在的基本条件是，行星的类型必须是岩石型。

太阳系内属于岩石型的行星，除了地球之外，还有水星、金星和火星。太阳系不仅有属于岩石型的行星，还有叫做“巨型气体行星”和“冰行星”的另外两种类型的行星。

岩石型行星都像地球这样具有接纳雨水的大地，因而能够有蓄积液态水的表面。然而在巨型气体行星上却不可能有蓄积液态水的表面。

巨型气体行星，如其名称所暗示的，是体积巨大的行星。比如木星，其直径是地球直径的11倍。巨型气体行星的表层有大气。在这层大气中有一部分区域满足存在液态水的条件。然而这种区域毕竟只是大气的极小一部分，而且，大气的上层温度很低，而下层的温度又非常高，这会引起大气的激烈对流，液态水根本不可能稳定地停留在某个固定的场所。即使有降雨，也会在大气中蒸发掉。

冰行星的表层也有大气。它们的大气中也有一部分区域满足存在液态水的条件。由于同巨型气体行星一样的理由，在冰行星的大气中也不可能有稳定的液态水存在。

根据以上的分析，结论是：只有在岩石型行星上才有可能存在稳定的液态水。

在地球上，雨水能够蓄积在地表作为液态水存在

像地球这样的岩石型行星，雨水降落到地表，能够蓄积在一处。在岩石型行星上，只要环境温度不是非常高，就可能有一些区域，在那里地表附近的温度会适合于液态水存在。

地球作为一颗行星，大小正好合适

火星虽然也位于太阳系的宜居带内，但是，至少在它的表面没有液态水存在。这是因为火星的大气十分稀薄的缘故。火星的大气稀薄，则是由于它作为一颗行星，体积太小（火星半径只有地球半径的一半）。

一般说来，行星越大，引力（重力）也越大。引力大，行星的大气被强大的吸引力束缚才不容易逃逸到宇宙空间。反之，行星如果很小，引力也小，它就不可能束缚住足够数量的大气。实际上，火星表面的引力只有地球表面引力的40%左右，因而火星大气的压力还不到地球大气压力的1%。大气压力低，行星上即使有液态水，也会很快蒸发。

液态水蒸发所形成的水蒸气受到来自太阳的紫外线照射分解为氧和氢。氢是非常轻的元素，更容易逃逸到宇宙空间。失去氢这种构成水的材料，行星上原来的水自然也就随之消失。

体积小的行星，即使原来有水也会消失。不仅如此，小体积的行星还不可能有长时间的火山活动，这也是难有液态水存在的一个原因。

 小体积的行星难以保持液态水

左侧是假定半径只有实际半径0.6倍的地球，右侧是假定半径只有实际半径0.5倍的地球。假如地球的半径只有实际半径的0.6倍，那么，从地球诞生经过46亿年到现在，地球就会失去它84%的水。如果这个假定的地球的地形同实际地球现在的地形一样，那么，水深小于2000米的浅海就会全都变为陆地。假如地球的半径只有实际半径的0.5倍，经过46亿年到现在，地球就会失去它全部的水。按照实际地球现在的地形，这个假想地球的地形就应该是右侧图中的样子。

（本文发表于《科学世界》2011年1期）