让系外地球保全并兴盛的潮汐摩擦
通过摩擦木棒生过营火的人都知道，摩擦可以产生热量。现在NASA的科学家进行的计算机建模工作表明，对于远方某些在危险的轨道上运行的地球级行星而言，摩擦可能是生存的关键。
这一发现与观测相符，也就是地球尺度的行星看起来在其他恒星系统中非常常见。虽然热量对于某些行星来说是破坏性的理论，但合适的摩擦（进而是热量）可以是有益的，也许会帮助创造宜居的条件。
在偏心轨道上运行的行星会经历强烈的潮汐力作用。被极厚的冰壳覆盖的行星（左图）具有足够的弹性，可以发生很大程度的形变，产生大量的内摩擦和热量。一些类地行星（右图）也会发生形变，尤其是在半熔融的内层区域。（图片提供：NASA's Goddard Space Flight Center）
研究的领导者、在马里兰州格林贝尔特（Greenbelt）NASA戈达德太空飞行中心工作的马里兰大学科学家韦德·亨宁（Wade Henning）说：“我们为危险轨道上的行星带来了意料之外的好消息。这些恒星会经常承受恰到好处的摩擦，让它们比先前预期更快地离开危险的轨道，进入更加安全、更圆的轨道上。”
对年轻行星系统的模拟表明，巨型行星会经常扰乱小型内层行星的轨道。哪怕这样的相互作用并不会立即带来灾难性后果，它们也会让行星进入危险的偏心轨道，这样的轨道偏心率很高，让行星与其他天体轨道相交、被主星吞噬或者被抛出系统的可能性加大。
高偏心轨道另一种潜在的危险是，在行星运行到距离恒星很近的地方再离开的时候，它可能会承受很多潮汐压力。在靠近恒星的地方，引力足够强，可以让行星发生形变，而在轨道更远处，行星会变回原形。这样的变形过程会产生摩擦，摩擦生热。在极端的情形下，潮汐压力会产生足够的热量，让行星液化。
在新的研究中，亨宁与来自戈达德中心的行星科学家同事特里·赫福德（Terry Hurford）研究了具有多层结构的行星（如岩石地壳、地幔和铁核）所承受的潮汐压力效应。研究论文发表在2014年7月1日的《天体物理学报》杂志上。
研究的一项结论是，某些行星进入较安全的轨道所花费的时间可以比先前的估计短上10到100倍，也就是说，时间可以短至数十万年，而非数百万年的更典型时标。这样的行星将会抵达接近熔融的状态，至少会拥有一层近乎熔融的层次，这与地壳之下的地幔情况类似。行星的内部温度可能低至比现今的地球稍高，高至拥有中等大小的岩浆海洋。
由于几近熔融的地层很容易就会发生形变，产生大量源于摩擦的热量，向圆形轨道的过渡过程会很快。随着行星散发掉热量，它会迅速损失能量，很快驰豫到圆轨道上去。（随后潮汐加热会停止，行星表面可以让人安全行走。）
作为比较，完全熔融的星球流动性过强，会产生很少的摩擦。在此项研究之前，研究者认为这就是经历了强潮汐压力的行星所发生的情况。
寒冷坚硬的行星会抵抗住潮汐压力，释放能量的速度非常缓慢。实际上，亨宁与赫福德发现，许多这样的行星产生的摩擦力比先前认为的实际上要少。对于距离恒星较远的行星来说，这一点可能尤为正确。如果这样的行星周围没有大量其他天体的存在，它们可能会在很长时间内稳定地处在偏心轨道上。
赫福德说：“在这种情况下，由于潮汐压力会在更长时间内充当能量来源，较长的非圆轨道可以增大‘宜居带’的面积。对于暗淡的恒星或者拥有地下海洋的星球来说，这是好消息。”
令人惊讶的是，类地行星获取大量热量的另一种方式是表面覆盖一层极厚的冰壳，这与极端的“地球雪球”类似。虽然冰层是光滑的低摩擦表面，厚度在数千千米的冰层却是非常具有弹性的。这样的壳层具有了恰到好处的性质，来对潮汐压力作出强烈的反应，产生大量的热量。（这样的行星内部的高压会让整个冰层免遭液化，只有冰层顶部是例外。）
研究者发现，对潮汐力反应灵敏的冰层或者几乎熔融的物质可以是相对较薄的，在某些时候深度只需数百千米，然而它们仍旧可以支配整个星球的行为。
小组建立的模型考虑了地球尺度的行星，以及最大尺度达到地球2.5倍的行星。亨宁补充说，超级地球（也就是这一尺度范围上限的行星）可能会承受较强的潮汐压力，有望在由此产生的摩擦和加热过程中获益更多。
现在研究者证明了行星不同层次产生的重要作用，下一步就是研究熔融物质层是如何随着时间的推移流动并变化的。
（全文完）