可能孕育外星生命的7颗地球大小行星

A composite of separate exposures taken in 2003 to 2012 with Hubble's Advanced Camera for Surveys and Wide Field Camera 3 of the evolving universe is shown in this handout photo provided by NASA, June 3, 2014. Researchers say the image, from a new study called the Ultraviolet Coverage of the Hubble Ultra Deep Field, provides the missing link in star formation. Made from 841 orbits of telescope viewing time, it contains approximately 10, 000 galaxies, extending back in time to within a few hundred million years of the big bang, according to NASA. REUTERS/HUDF/NASA/Handout via Reuters (OUTERSPACE - Tags: SCIENCE TECHNOLOGY) ATTENTION EDITORS - FOR EDITORIAL USE ONLY. NOT FOR SALE FOR MARKETING OR ADVERTISING CAMPAIGNS. THIS IMAGE HAS BEEN SUPPLIED BY A THIRD PARTY. IT IS DISTRIBUTED, EXACTLY AS RECEIVED BY REUTERS, AS A SERVICE TO CLIENTS - RTR3S21L
TRAPPIST-1, a red dwarf star 39 light-years away from us, has seven Earth-size planets orbiting it.Image: REUTERS/HUDF/NASA
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不到一年前,天文学家宣布了一项惊人发现:他们发现了三颗地球大小的行星围绕一颗昏暗的小型红星运行。

但后来发现,他们最初的观测漏掉了许多行星。

天文学家如今认为,七颗与地球相似的岩质行星可能围绕这颗名为TRAPPIST-1的恒星运行。它是一颗“超冷”红矮星,位于宝瓶座,距离我们约39光年。来自世界各地的30名研究人员于周三在《自然》杂志上宣布了这一新发现。

不过,团队的惊喜并不止于行星数量增加。

每颗行星都在TRAPPIST-1的类似“金发姑娘”的宜居带内运行——这一区域的星光足以让液态水存在。团队成员周三在新闻电话会议上表示,七颗行星中有三到四颗也可能适合孕育外星生命。

Image: NASA/JPL-Caltech

“这确实是我们第一次发现七颗行星,并且可以说它们都处于类地带,这真的非常、非常令人惊讶。”该研究作者之一、比利时列日大学天文学家Michaël Gillon说。

这些新行星的发现——它们的大小约为地球的80%或90%——可能会对太阳系之外的地外生命探索产生深远影响。

“我们在寻找宜居世界的道路上实现了巨大而加速的飞跃。”Sara Seager是麻省理工学院的行星科学家,并未参与这项研究。她周三在NASA新闻发布会上说:“在这个系统里,仿佛‘金发姑娘’有许多姐妹。”

一个外星、却可能并不少见的太阳系

Image: 《自然》杂志惠允

这颗矮星的大小与木星大致相当;它由七颗已知行星组成的行星系——分别称为TRAPPIST-1b、1c、1d、1e、1f、1g和1h——与我们自己的太阳系相比规模较小。

事实上,最内侧行星1b的一个“年”只有约1.5天。最外侧的行星1h——科学家目前只短暂观测到它——绕恒星运行一周可能需要约20天。

“如果把TRAPPIST-1这颗恒星放到太阳的位置,七颗行星都会在水星轨道以内。”列日大学另一位合著者Emmanuël Jehin在电话会议上说。

但这并不排除生命存在的可能性。

TRAPPIST-1表面的温度约为太阳的一半,就恒星而言属于超冷。不过,只要行星的轨道足够近,它就能接收到与地球从距离太阳9300万英里处接收到的相同太阳能量。TRAPPIST-1的所有行星似乎都“温和”,距离恒星也不够近,因此不会被烤焦。

另一位合著者、剑桥大学天文学研究所天文学家Amaury Triaud说,团队表示,“很难判断”这次史无前例地在一颗恒星周围发现七颗地球大小行星是否只是运气好,还是如此丰富的行星其实很常见。

无论如何,如此众多的行星可能大幅提升人类并非孤独存在于银河系中的可能性,更不用说整个宇宙了。

Image: 哈佛-史密森天体物理中心

这是因为,红矮星占我们银河系1000亿至4000亿颗恒星的30%至50%,Triaud说,这使它们成为宇宙中数量最多、寿命最长的恒星类型。(研究人员说,迄今发现的恒星系中,类似太阳系的仅约占10%。)

“我认为,我们在寻找地外生命方面迈出了关键一步。”Triaud在电话会议上对《商业内幕》说。

“我认为过去我们没有合适的行星可供观测,”他说。“如果生命得以繁衍,并释放出类似地球上的气体,我们就会知道。我们现在有了合适的目标。”

另一个目标可能是比邻星,它是一颗距离我们4.24光年的红矮星,比TRAPPIST-1近得多。2016年,天文学家发现这个恒星系可能有一颗类地行星,名为比邻星b。

NASA即将启用的詹姆斯·韦布空间望远镜或许能够研究这颗行星的大气层,寻找生命迹象。一位俄罗斯亿万富翁也在资助一项名为“星光”的雄心勃勃任务,计划用激光推动一支微型航天器舰队飞向比邻星及其近邻半人马座α星,直接研究并拍摄这些恒星周围的任何行星。

为何TRAPPIST-1周围可能存在生命

Image: NASA/JPL-Caltech

自从天文学家在25年前证实发现第一颗系外行星以来,科学家逐渐开始认同生命在宇宙中可能很常见这一观点。(至于生命是否有智慧、易怒、友善或冷漠,则是另一回事。)

凌日法是指行星从恒星前方经过,使恒星光线略微变暗。该方法让人类意识到,仅银河系中或许就存在数万亿颗行星。

Gillon及其同事用同样的方法发现了这七颗行星。他们此前几年使用一台名为TRAPPIST的地面望远镜发现了最初三颗。在这项新研究中,他们利用NASA的斯皮策太空望远镜连续20天观测TRAPPIST-1,探测到另外四颗行星。

而数量众多、温度远低于太阳的恒星,也能让岩质行星升温到足以融化水——前提是这些行星的大气中有足够的隔热气体。

“它们的大气可能与地球或金星非常相似,也可能完全不同。”Gillon说。

研究表明,根据行星造成的星光变暗程度估算得出的行星直径和质量,与岩质行星的特征相符;这些行星也可能拥有冰态水或液态海洋。

Image: NASA/JPL-Caltech

这并不意味着TRAPPIST-1周围必定存在生命。

危险的太空天气包括太阳耀斑和日冕物质抛射,可能以危险的高能粒子冲击生命,从而危及任何生命。而红矮星比大多数其他类型的恒星更以这种剧烈活动而闻名。

Image: 维基共享资源

这些行星似乎也在“共振”状态下运行,这可能意味着它们受到潮汐锁定,始终以同一面朝向恒星,颇像木星最大的几颗卫星。

研究人员说,但这两种情况都不一定意味着那里可能存在的生命必将灭绝。

首先,Gillon说,就巨大的等离子体球而言,TRAPPIST-1“是一颗非常安静的恒星”。

Gillon还表示,轨道共振和潮汐锁定可能是一种优势。

“这可能会使行星核心产生巨大的潮汐加热,”他说,这是引力作用不断揉捏行星的结果。

这种热量可能融化冰,使其变成液态;还可能通过火山活动将隔热气体喷入行星大气,并总体上搅动孕育生命所需的各种要素。

TRAPPIST-1系统接下来会怎样

Gillon说,团队发现TRAPPIST-1的七颗行星“只是个开始”。

研究人员说,或许无法直接拍摄这些行星。但他们希望在未来五年内使用JWST等望远镜——该望远镜原定于2018年发射——观测穿过行星大气的星光。

这项技术可能帮助他们测量这些世界可能含有多少氧气、臭氧和其他气体。

Image: NASA

“例如,在富含水的行星上,水经光解可以产生氧气。”Gillon说。“真正使我们能够判断生命可能存在的范围或局限的,是这些分子及其相对丰度。我们拭目以待。”

地外文明搜寻计划,简称SETI,已经开始监听这个系统,但没有发现异常信号。Gillon周三在NASA新闻发布会上说。

即使TRAPPIST-1如今看起来是个死寂或贫瘠的行星系统,也不意味着它将来不太可能成为搜寻外星生命的目标。

“这些行星中会有哪颗孕育生命吗?我们确实不知道。”Ignas Snellen是莱顿大学的研究人员,并未参与研究团队,但为《自然》杂志评审了这项研究。他在随附的评论文章中写道。

“但有一点是确定的:再过几十亿年,当太阳耗尽燃料、太阳系不复存在时,TRAPPIST-1仍只是一颗年轻恒星。它燃烧氢的速度极其缓慢,因此还将存活10万亿年。”Snellen写道,并补充说,这“比宇宙迄今存在的时间长700多倍,时间或许足以让生命演化出来。”

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