熵可能是行星宜居性的关键

我们都知道，要在一个世界上生存，你需要三个关键物品：水、温暖和食物。现在添加一个称为“熵”的因素。它在确定特定行星是否能够维持和生长复杂生命方面发挥着重要作用。

意大利那不勒斯大学化学研究员、科学家 Luigi Petraccone 研究了行星熵。他对科学家如何选择适合居住的行星感兴趣。他在皇家天文学会月刊上发表了一篇论文，研究了一种叫做“行星熵产生”的东西(政治公众人物)。这是它的工作原理。

一个宜居的世界需要一个生物圈，里面有生物。所有生命都利用现有的水、温暖和食物资源来生长和扩张。事实证明，熵在世界生物圈内发挥作用。而且，它需要相对较高的 PEP。这使得它更有可能拥有复杂的生命系统，也意味着它将成为一个很好的探索目标。而且，根据 Petraccone 的论文，生命的化学基础是什么并不重要——无论是碳、硅还是其他元素。重要的是生活如何变得更加复杂。

什么是熵?

在深入研究 Petraccone 的论文之前，我们先来谈谈熵。物理学词典中的定义是：“代表系统无法将热能转换为机械功的热力学量。”热力学第二定律要求宇宙沿着熵增加的方向运动。

这看起来有点复杂，所以让我们将熵视为系统中随机性或无序性的度量。一个有序的系统有足够的能量来完成它需要做的事情。如果它产生(或获得)更多的能量，就会以更高的熵状态表达。

生物是高度有序的，需要不断输入能量来维持低熵状态。它们产生废物和副产品，当然，作为生命过程的一部分，它们也会损失能量。进入系统并随后被系统损失到周围环境的能量越多，事物的有序性就越低，随机性就越多。本质上，它的熵状态变得越高。

当你观察为地球上的生命做出贡献的系统时，生物学中的熵就会发挥作用。 Petraccone 写道，“熵产生的程度与此类系统耗散自由能并因此“生存”的能力成正比。 #39;进化，变得复杂。一般来说，复杂自组织结构的出现必须超过一定的熵产生阈值。因此，熵的产生可以被认为是驱动生命出现和进化的热力学推力。”

这给我们带来了“行星熵的产生”。 (PEP)值可以帮助科学家瞄准可能适合生命存在的行星。最适宜居住的地方将是生命能够产生最多熵的地方。 生命形式越复杂、越动态，它们产生的熵就越大，维持的 PEP 值就越高。 Petraccone 提出不同的行星或多或少具有潜在的能量，从而预测哪些行星最有可能适合居住。

将行星熵产生应用于生命搜索

弄清楚行星上是否存在生命以及生命是否存在非常重要。首先，它需要位于其恒星的星周宜居带(CHZ)内。这就是水可以液态存在于表面的地方。行星在 CHZ 的轨道运行的位置也很重要。如果它太靠近内边缘，由于恒星加热(以及失控的温室效应)，它可能会失去所有的水分。如果它更靠近外边缘，它可能不像 CHZ 中心区域那么好客。此外，某个特定的行星可能位于该区域的完美部分，但在支持生物圈方面面临其他挑战。

为什么不在整个 CHZ 中寻找行星呢? CHZ 的内边缘和外边缘之间存在热力学差异。内缘更有利于复杂生物圈的发育。 PEP 和类地行星的可用自由能都随着恒星温度的增加而增加。有了这些信息，Petraccone 和他的团队应用他们的计算来评估选定的宜居行星样本的 PEP 和自由能。

科学家还需要找出世界 PEP 值的上限以及它接收到的相应自由能恒星温度和行星轨道参数的函数。例如，Petraccone 写道，只有 G 星和 F 星 CHZ 中的类地行星的 PEP 值才能高于地球值(我们用地球来进行比较)。这意味着它们很可能支持生命，而不是位于宜居带其他部分的行星。

为什么使用 PEP 作为行星宜居性的理由?

有趣的是，在最近提出的宜居系外行星中，所谓的“Hycean”是其中之一。世界似乎是热力学上最好的候选者。这些行星拥有液态水海洋和富含氢的大气层。我们的星球就是一个很好的例子，可以用作我们的“路线图”。来评价。科学家们已经在研究适合居住世界的陆地与海洋的最佳组合，并以地球为类比。它靠近太阳 CHZ 的内边缘，这使其处于具有较高 PEP 值的正确位置。

如果我们假设地球的 PEP 值是生命所必需的，那么行星科学家就可以提出一个“熵宜居带”。 (或 EHZ)。它包括行星与具有液态水的恒星的距离加上高 PEP 值。将这些标准应用到行星上，低质量恒星周围的世界似乎不会发展出足够高的极赫兹来维持生命。 M 星和 K 星也不能。然而，F 和 G 恒星周围世界的某些部分可能会落在幸运“区域”中。并继续发展生命。

选择那些可能的宜居行星

如今，我们在附近恒星周围发现了越来越多的系外行星。对它们进行全部检查以寻找生命几乎是不可能的。因此，科学家需要一些有用的标准来确定研究目标的优先顺序。与其他因素一样，熵的产生似乎是一个很好的指标，可以用来衡量一个给定的世界是否可以存在生命，以及生命的复杂程度。

有趣的是，使用 PEP 和 EHZ 中的存在作为评估世界的方式的一个主要优点是它不需要对其大气条件进行假设。这些因素也不意味着关于任何特定世界上生命系统的化学基础的任何结论。它们只是为科学家提供了一种在筛选数千颗系外行星以进行进一步研究时对世界进行评级的方法。