流浪行星及其相关的系外卫星。图片来源：Tommaso Grassi / LMU
自由漂浮行星自由漂浮的行星，或者更常见的称呼为“流浪行星”，在星际空间中孤零零地漂移。说它们可能很多已显得言过其实。最近的估计显示，流浪行星的数量与银河系的恒星数相当。毫无疑问，它们中有些伴有卫星——其中一些甚至可能与地球大小相当。由慕尼黑路德维希·马克西米利安大学的 David Dahlbüdding 及其合著者撰写的新论文，已被《皇家天文学会月刊》接受发表，并在 arXiv 上公开预印本，阐述了这些流浪系外卫星可能在表面拥有液态水。
潮汐能量这听起来可能完全违背直觉。液态水只能在环境足够温暖时存在，而这种温度主要来自宿主行星的恒星。因此，按定义没有邻近恒星的流浪行星的卫星，怎么可能在表面有液态水？简单答案是——潮汐。
当然，细节上还有差别，但潮汐加热无疑能在卫星上产生液态水。它是驱动恩克拉多斯和欧罗巴地下海洋以及导致伊欧岩浆火山喷发的同一力量，且不需要直接来自太阳的能量。被其各自的大型气态行星推拉，足以让这些卫星内部升温至能熔化水。
冰壳的缺失但在我们的太阳系里，没有任何这些卫星的表面存在液态水。恩克拉多斯与欧罗巴都覆盖着巨大的冰层，冰层保护着卫星内核产生的热量，使得内部温度可达到水的熔点。那么，流浪系外卫星在没有冰壳的情况下，如何保持表面液态水？
早期思考在此领域的早期研究，最终以慕尼黑路德维希·马克西米利安大学的 Guilia Roccetti 的论文为高潮，聚焦于是否有充满二氧化碳的大气能有效地捕获潮汐加热产生的能量，从而在不需要冰壳的情况下保持表面温度。要形成足够的防护屏障，CO₂ 的压强必须相当高。然而，在高压和相对较低的潮汐热量下，CO₂ 便凝结成液态或冰态，导致大气崩塌，卫星本身也随之冻结。
氢的优势但有一种替代气体——氢，似乎不受同样命运的困扰。除非温度极低，否则它不会变成液体，因此不会从大气中崩塌。然而，在正常条件下，氢对红外能量是透明的，这意味着潮汐力产生的热量可能会直接辐射散失。
但在极高压下，H₂ 分子碰撞产生瞬时偶极子，并通过一种被称为碰撞诱导吸收（CIA）的过程吸收红外光。这样，氢大气就像一个巨大的温室毯子，使卫星表面仅凭宿主行星的潮汐加热就足以保持液态水的温度。
模拟结果为验证观点，研究人员对不同成分和大气压强的卫星温度进行了系列模拟，并评估不同潮汐加热水平对液态水潜在存在性的影响。他们同时使用了辐射热传输模型和热力学平衡化学模型，以确保能够准确反映这些流浪卫星可能存在的真实大气。结果令人震惊。
在地球标准压强 1 bar 的条件下，这些卫星表面可保持液态水长达 9500 万年。更令人印象深刻的是，若大气压强是地球的 100 倍，液态水可在卫星上存在 43 亿年——大约与地球本身的年龄相当。流浪系外卫星拥有如此强大大气的可能性仍有待观察，但鉴于它们的数量庞大，至少有一颗存在此类大气的情况是完全可能的。
生活潜能在任何表面有液态水的卫星上，RNA——这一生命赋予化学物质——存在一个有趣的细节。卫星的轨道很可能相对于其母行星呈高度椭圆形，导致表面液体产生巨大的全球潮汐——类似于地球潮汐受到月球引力的逆向效应。这种“湿/干”周期为 RNA 的形成提供了条件。早期地球的科学家认为，这一过程可能发生在随行星潮汐变化的潮池中。不用说，任何此类系外卫星上的潮汐将会大得多。
未来展望实际上，确实存在生命在类似地球大小、围绕巨大行星轨道运转但不围绕任何恒星的卫星上产生的可能性。鉴于仅在我们银河系中就可能有数千亿颗这样的卫星，这可能会导致非常有趣且外星的生物学现象。但目前这仅是推测，因为我们尚未直接探测到任何流浪系外卫星。物理学表明它们确实存在，随着观测手段的持续提升，找到它们只是一时之事。也许，当我们最终发现时，寻找生物特征将是值得的——不妨敢于梦想。
勇编撰自论文"Habitability of Tidally Heated H$_2$-Dominated Exomoons around Free-Floating Planets". arXiv.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。
