永晝與永夜之間，也有生命存在的可能性

潮汐鎖定行星

在宇宙中，已知的大多數類地系外行星都在距離母恒星很近的軌道上以超短周期運行。因此，這些行星往往容易進入“潮汐鎖定”狀態——自轉與公轉同步。在這種狀態下，行星的一側永遠面對恒星，被熾熱的陽光灼烤；另一側永遠背向恒星，陷入無盡的黑暗與嚴寒。

在距離地球48.5光年的紅矮星LHS 3884系統中，就有這樣一顆被潮汐鎖定的世界——半徑約為地球1.3倍的LHS 3844b。這顆“超級地球”的白晝側溫度高達1000~2000 K，而黑夜側可能接近絕對零度（0 K）。在許多人看來，這樣的極端環境幾乎無法孕育生命。

系外行星LHS 3844b（左）圍繞恒星LHS 3844（右）運行，僅需11小時就能完成一次公轉。（圖/NASA）

然而，由于我們對這類行星的認知，主要依賴望遠鏡觀測到的表面溫度和大氣狀況，這些結果存在很大不確定性。更深層的內部世界——比如地幔對流如何運作，又如何影響地表環境——幾乎無法直接探測。這意味著，我們不應該貿然斷言這類行星不可能孕育和維持生命。

現在，在一項于近期發表于《自然·通訊》雜志的研究中，一個研究團隊提出了一個頗具顛覆性的假設：或許，在這類被潮汐鎖定的系外行星，生命也能找到容身之地。

桌面實驗模擬外星地幔

為了探究潮汐鎖定行星的內部動力學，研究團隊在實驗室中搭建了一個簡化但標準的模型框架，來模擬LHS 3844 b上極端的晝夜溫度：他們在一個桌面大小的矩形水槽里注入了高黏度的甘油溶液。在水槽的四個邊緣，分別設置了四個獨立控溫加熱或冷卻的恒溫器裝置，從而同時模擬星下點（恒星直射區）與對星點（背對恒星區）的水平溫差，以及行星表面與深處的垂直溫差。

研究人員通過桌面水槽實驗（上），用彩色液體可視化地幔運動，模擬了潮汐鎖定行星 LHS 3844b 上極端的晝夜溫差。熱流體在白晝側上升，經冷卻后在黑夜側下沉，形成穩定的環流。當這一模式映射到真實行星內部（下）時，結果顯示火山活動可能集中在恒星輻射的一面，而晝夜交界處則可能存在適宜生命的“曙暮光區”。（圖/Daisuke Noto）

為了讓熱流能被“看見”，研究人員在甘油中加入了熱致變色液晶顆粒。這些顆粒會隨溫度變化而變色，如同在流體中撒下無數會發光的溫度探針。

通過實驗，他們觀察到了令人驚訝的結果：地幔對流會形成一個穩定的大尺度循環——熾熱物質在白晝側上升，越過頂部表層后，橫向輸送至黑夜側，在冷卻下沉后再沿底部返回白晝側。這樣一個單一的、持續的循環，如同這顆行星的“心跳”般周而復始。

更重要的是，他們還觀察到，水平溫度梯度（晝夜溫差）與垂直溫度梯度同等重要。這意味著，即便垂直溫差不大，只要晝夜兩側的溫度差夠大，地幔內部的對流依舊強勁。

火山與液態水

在這些實驗結果的基礎上，研究團隊進一步推演了潮汐鎖定系外行星內部可能存在的地幔對流場景，以及它對地表和更深層地核活動可能產生的影響。

其中，一個尤為顯著的特征是，這種地幔在垂直方向上的流動是“位置固定”的：在星下點，熾熱的物質不斷向上涌動；在對星點，冰冷的物質持續下沉。這樣的流動格局，意味著赤道的星下點可能矗立著巨大的火山，而中高緯度地區則幾乎沒有“熱點型”火山活動。

在白晝側的低緯地區，長期暴露在恒星的熾烈輻射下，會導致地表完全干涸，甚至可能因巖石熔化而形成巖漿海洋。但在熾熱的白晝與冰封的黑夜之間，還有一條不同尋常的過渡區域，這里可能存在恰到好處的熱通量，它不會灼燒一切，也不會讓水瞬間凍結。

研究顯示，這種溫和的熱通量可能分布在晝夜交界線附近的中高緯地區，它足以融化夜面冰層，形成液態水。而這條狹長的“液態水帶”，或許就潛藏著生命。

從外星到地球

更宏觀地看，這項研究不僅適用于LHS 3844b，還能為理解其他潮汐鎖定行星——比如55 Cancri e——提供了參考。它甚至能反向啟發我們思考地球早期的演化過程，因為潮汐鎖定會加速行星從分層對流向單層對流的轉變，深刻影響其地質與熱史。

目前，研究人員正將這一類實驗方法拓展到更多地球與行星系統的研究中，希望進一步揭示不同環境下深部物質運動的規律——這些探索，或許真的“超越這個世界”。

#參考來源：

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

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

#圖片來源：

封面圖&首圖：NASA