外星地球:为什么其他星球上的生命会比我们更奇怪

上个月,美国天文学会第223次会议宣布了一些突破性进展:研究人员利用开普勒空间天文台,发现了一颗质量约为地球质量的行星,围绕太阳系以外的恒星运行,利用哈勃望远镜,他们首次详细观察了银河系附近一颗“超级地球”的天气情况——一颗比我们大但比海王星小的行星。天文学家发现,GJ 1214b和地球上任何一天的大部分地区一样,都是多云的。...

上个月,美国天文学会第223次会议宣布了一些突破性进展:研究人员利用开普勒空间天文台,发现了一颗质量约为地球质量的行星,围绕太阳系以外的恒星运行,利用哈勃望远镜,他们首次详细观察了银河系附近一颗“超级地球”的天气情况——一颗比我们大但比海王星小的行星。天文学家发现,GJ 1214b和地球上任何一天的大部分地区一样,都是多云的。

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这些与地球的相似之处很诱人。但尽管如此,这些行星各自的太阳系看起来与我们的太阳系完全不同。它们不是像我们这样围绕着一个又大又热又黄的太阳旋转,而是围绕着一个叫做红矮星的又小又冷的红色恒星旋转。有点像氪星。虽然从地球上肉眼看不到这些红矮星,但它们是银河系中人口最多的恒星。在过去的一年里,一系列的研究表明红矮星也是寻找可能支持生命的系外行星的最佳目标。目前,红矮星有一颗行星在其宜居区(一个对液态水来说既不太热也不太冷的天文金发区)轨道上运行的可能性,比太阳这样的恒星要好。研究还表明,这些行星(也许还有它们上面的生命)的行为方式,从我们以地球为中心的观点来看,似乎很奇怪。

哈佛大学的天文学研究生考特尼·斯特林说:“我们能够发现生命迹象的第一颗行星很可能是围绕红矮星运行的。”。

Dressing和她的顾问David Charbonneau在去年2月通过NASA开普勒望远镜的数据揭开了最近一系列发现的序幕。通过对红矮星周围可居住区的“保守”估计,他们得出了15%的发生率,这意味着银河系中六分之一最常见的恒星都有一颗可能可居住的行星。这是一个不小的结果,但事实证明这只是一个起点。

“我刚从椅子上跳下来。”

宾夕法尼亚州立大学的研究员拉维·科帕拉普说:“我认为这个数字相当低。他最近发表了一篇论文,将Dressing和Charbonneau估计的宜居区边界扩大了一倍多。”“我刚从椅子上跳下来,”科帕拉普回忆道不管我做了多少次,我得到的数字都是一样的。”根据Kopparapu在三月份首次提交的研究结果,大约50%的红矮星应该有一颗行星在可居住区。一个共识正在形成:夏威夷大学研究所的埃里克·盖多斯的一项研究很快得出了一个类似的数字,这也与2012年的一篇欧洲论文相符。

一位艺术家绘制了GJ 1214b星球(股票期权)

但加州理工学院的蒂姆·莫顿和乔纳森·斯威夫特随后的研究表明,红矮星周围的行星更适合居住,这项研究是在三月份科帕拉普的研究之后发表的。为了弄清楚到底还有多少,两人查看了来自Dressing和Charbonneau的原始数据,并根据原始研究的“完整性”对其进行了修改

考恩认为,解释完整性“就像一门黑暗的艺术”,要找到这门艺术,研究人员首先需要仔细研究结果,在这种情况下,是围绕低能恒星运行的宜居带行星的数量。然后,根据他们所知道的方法的好坏,计算出未被发现的行星的数量。这类似于美国人口普查,从少数人中推断出该国或任何其他不太可能参与的群体的无证工人总数。

“开始接近百分之百。”

事实证明,开普勒发现的那些轨道较长的小行星是它最不愿意发现的。莫顿和斯威夫特调整了敷料原稿中的数字,得出了30%发生率的估计。然后,他们考虑到了科帕拉普的可居住区,并得出了一个估计,考恩说“已经开始接近百分之百了,那里的每一颗(红矮星)都应该有一颗可居住的岩石行星。”

此外,探索这些行星的研究表明,它们可能藏身于什么样的生命中,有很多奇怪之处。例如,红矮星发出的微弱光线可能不足以像地球上那样进行植物光合作用。这可能导致植物变成黑色而不是绿色,以吸收更多的可用光。

更奇怪的是,这些行星在绕轨道运行时可能不会自转。由于红矮星比太阳小,温度也比太阳低,所以行星在近距离环绕它们,产生的潮汐力比我们星球上更大。地球上的潮汐力使海洋上下移动了几米,而红矮星上的潮汐力会非常强大,会逐渐减慢行星的自转速度。结果如何?这颗行星的一边将在一个永远晴朗的日子里面对它的恒星,而另一边将在一个无尽的夜晚面对恒星。

“从零开始设想理想的情景。”

这些潮汐锁定的行星似乎不太适合居住。但是在7月份,西北大学的考恩和芝加哥大学的同事们发现,这些行星比以前认为的更有生命的潜力。他们将复杂的气候模型应用于围绕系外行星运行的红矮星。这些模型提供了一个新的,详细的云如何作用于红矮星周围潮锁行星的视图如果你白手起家地设想一个理想的方案,在这些潮汐锁定的行星上维持温和的气候,“考恩说,”这就是它了

考恩和他的团队发现,潮汐锁定行星的白天会被高反射云层覆盖,这些云层会从红矮星的大部分热量中反射出来。相比之下,夜间则没有云层。”它就像一个散热器风扇在夜间一边说,“考恩。风将把热量从晴朗的一面带到夜晚,大部分热量将被释放到无云的天空中。结果是红矮星周围的宜居带比以前想象的还要宽。

詹姆斯韦伯望远镜将继续寻找可居住的行星(美国宇航局)

但是,无论是每颗红矮星的宜居区有一颗行星,还是每颗红矮星的宜居区有一颗行星,为GJ 1214b装一个袋子还为时过早。

首先是辐射的危险。虽然相对较冷,红矮星仍然可以活跃,放出X射线和紫外线。科帕拉普说,如果辐射耀斑影响到这些行星的大气层,“生命可能会很艰难。”。更为根本的是,开普勒调查的恒星的统计数据,即它们的大小和亮度,可能是错的。考恩解释说,天文学研究的是差异的大小:一颗明亮的恒星可能比一颗暗淡的恒星亮1万倍。但在判断宜居性时,恒星亮度相差10%或20%就是生死之差。

尽管如此,红矮星仍然是寻找生命的最佳目标。下一个重大步骤是在2017年,美国宇航局和麻省理工学院发射了过境系外行星调查卫星(TESS)。这项为期两年的任务将在我们银河系附近的恒星周围寻找行星,包括红矮星周围。TESS确定的一些系外行星目标将由美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)进行更详细的检查,“这是未来十年的首要天文台”,它将于2018年开始执行任务如果能找到一颗像地球这样围绕太阳恒星运行的行星,并在这颗行星上寻找生命迹象,那将是一件美妙的事情,”斯特林说,“但我认为这比在红矮星周围寻找生命要困难得多。”我们需要先练习。”

  • 发表于 2021-04-25 08:09
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