从气候模型到行星宜居性：复杂生命的温度约束

为推导基于温度的多细胞生命宜居性判据，我们研究了陆地变温动物的热极限，即体温和所有重要生理过程功能直接受环境温度影响的生物。多细胞变温动物是地球上最普遍且演化最古老的复杂生命形式。其活跃代谢与繁殖的热极限介于温度区间 0°C < T < 50°C。同一区间适用于氧气的光合作用产生（复杂生命的基本要素）以及大气生物标志物的生成。对陆地生命热阈值主要机制的分析表明，相同机制也适用于其他形式的化学生命。我们提出了复杂生命宜居性指数 h050，表示满足温度限制 0°C < T < 50°C 的行星表面平均轨道占比。借助为计算类地行星表面温度定制的气候模型，针对几种类地大气成分，我们计算了 h050 作为行星日照量 S 和大气柱质量 Natm 的函数。通过将 h050 显示为 S 和 Natm 的函数，我们构建了复杂生命的大气质量宜居带（AMHZ）。与经典宜居带不同，复杂生命宜居带的内边界不受失控温室极限计算固有不确定性的影响。复杂生命宜居带明显窄于干燥行星的宜居带。我们的计算阐明了依赖于 S 和 Natm 的环境条件变化（如温度偏移和宇宙射线次级粒子的表面剂量）如何影响大气质量宜居带内行星演化不同时期可能存在的生命类型。