5 月 12 日消息，人类对于宜居系外行星的搜寻从未停止，但成果寥寥。加州大学河滨分校的研究人员开发了一个新模型，用来评估行星大小对其保持大气层能力的影响，并确定了宜居行星的下限尺寸约为 0.8 倍地球半径。相关研究成果已在 arXiv 上发布预印本。
研究人员开发的“小于地球宜居性模型”（STEHM）显示，行星必须跨过两道门槛，才能具备孕育生命的条件。
第一个门槛是重力。尺寸较小的行星质量更小、引力更低、逃逸速度也更低，这使得高层大气中的高能粒子很容易通过“金斯（大气）逃逸”机制泄漏到太空中。
第二个门槛是内部冷却。较小行星的表面积与体积之比更高，其内部冷却速度远快于较大行星。随着行星冷却，岩石圈（即外壳）迅速增厚，基本抑制了行星上的火山活动。由于火山喷发是长期维持大气层的主要途径之一，火山活动减少会大幅缩短大气层的存在时间。
STEHM 模型采用了相对简化的设定。研究人员将行星假设为“停滞盖”模式，即拥有一个完整无破碎的地壳。模型模拟的是二氧化碳大气层 ——CO2 分子较重，本身较难发生金斯逃逸，可以说是维持大气层的最佳情况。
尽管存在这些限制，模型仍清晰显示 0.7 至 0.8 倍地球半径之间存在一个临界点。等于或大于 0.8 倍地球半径的行星能够将大气层保持数十亿年；而 0.7 倍及更小的行星，其大气层会在宿主恒星的极紫外辐射下不可避免地被剥离。例如，一颗 0.6 倍地球半径的行星，大气层仅能维持约 4 亿年，可能不足以让生命发展出抵御大气层缺失的能力；而 0.5 倍地球半径的行星，大气层会在短短 3000 万年内被完全剥离。
该研究也指出了三种罕见的例外情况，可以让较小行星免受大气层流失的命运。
一是行星形成时拥有较大的碳储量，多余的碳可以延缓大气层被剥离的过程达数十亿年。
二是小行星具有低核心半径分数（例如没有金属核），使其保有更大的地幔体积和挥发分储量，从而能持续数十亿年喷发出维持大气层的气体。
三是行星经历“冷启动”，地幔需要较长时间才升温并开始向大气释放二氧化碳，此时恒星本身已经老化，极紫外辐射减弱，大气层存在时间远长于热启动的情形。
不过，这些特征极为罕见。因此，该模型对天文学研究的启示非常直接：如果希望寻找外星生命，可能只需要关注 0.8 倍地球半径及以上的系外行星。任何比这更小的行星，除非具有极不寻常的组成，否则很可能只是漂浮在宇宙中的无大气岩质天体。
附论文地址：
https://doi.org/10.48550/arXiv.2605.00170
