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距离地球仅39光年的地方发现新的太阳系TRAPPIST-1 七颗类地行星环绕

   这幅绘图想像从TRAPPIST-1恒星系统中的一颗行星往外看的景象,这颗恒星拥有七颗和地球大小相近的行星。 ILLUSTRATION BY M. KORNMES

这幅绘图想像从TRAPPIST-1恒星系统中的一颗行星往外看的景象,这颗恒星拥有七颗和地球大小相近的行星。 ILLUSTRATION BY M. KORNMESSER, SPACEENGINE.ORG/ESO

这张示意图把TRAPPIST-1的七颗行星,与太阳系内侧的行星,和木星四颗最大卫星的轨道相互比较。 (红色轨道为TRAPPIST-1,白色轨道为木星与四颗最大卫

这张示意图把TRAPPIST-1的七颗行星,与太阳系内侧的行星,和木星四颗最大卫星的轨道相互比较。 (红色轨道为TRAPPIST-1,白色轨道为木星与四颗最大卫星)ILLUSTRATION BY O. FURTAK, ESO


视频:低温矮星周围的七颗系外行星

(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:Nadia Drake 编译:胡佳伶):科学家发现,在39光年外,有七颗大小与地球相近的行星环绕着一颗恒星,而且行星表面环境极有可能适合液态水存在。

科学家在2017年2月22日公布了一项大发现:在地球附近的一颗恒星,竟拥有七颗和地球大小相近的岩质行星,其中有些行星的表面可能有液态水(甚至是生命)存在。

这些行星所绕行的恒星,是距离地球仅39光年的TRAPPIST-1。行星之间靠得很近,因此你也能在这些行星的天空中,看到其他的行星,有时候是闪闪发光的弯弯月牙形状,有时候则是比满月还大上两倍的圆。

「这个奇景一定很美。」这篇发表在《自然》(Nature)的论文共同作者剑桥大学的阿穆里.托奥德(Amaury Triaud)这么说。

现在,TRAPPIST-1系统和其他几个恒星一样,成了目前除了太阳系外,拥有最多行星的恒星系统(太阳系有八个行星,但不包括冥王星等矮行星)。这个发现意味着,和地球大小相近的行星比之前所想像的还要多。

现在,TRAPPIST-1成了在地球附近寻找生命迹象的首选区域。在TRAPPIST-1系统中,恒星和行星的相对大小,以及这个恒星与地球距离较近,将来或许我们能在这些行星的大气中,侦测到会行呼吸作用的生物特征。

「又发现适居带的系外行星这件事,或许已经让人厌倦。不过这项发现的重点,其实在于研究系外行星的优先顺序已经改变,而且更专注在另一个层面了,」美国航太总署(NASA)的娜塔利.贝塔哈(Natalie Batalha)表示:「温度适宜,而且和地球大小差不多的系外行星在银河系里很常见,但现在的研究重点是要找到离我们够近的系外行星,才能分析行星大气的特征。」

TRAPPIST-1恒星距离我们仅有39光年,一起来认识周围的行星有哪些精彩故事。

幸运数字七

如果你觉得TRAPPIST-1这个名字听来有点熟悉,那是因为在将近一年前,科学家才利用位在智利、摩洛哥、南非和其他地方的望远镜,发现这颗恒星有系外行星的大消息。 2016年5月,这个团队找到证据显示,这颗恒星至少有三颗行星,他们认为其中有些行星大小和地球相近,而且有可能适合生命存在。接着在7月,麻省理工学院的朱利安.德维特(Julien de Wit)又发表论文,报告其中两颗行星可能拥有浓厚的大气,就像是地球和金星。

现在,美国航太总署的史匹哲太空望远镜(Spitzer Space Telescope)花了整整20个昼夜紧盯着TRAPPIST-1,终于发现并确认这个恒星拥有更多行星。虽然说它们的母恒星很不起眼,质量只有太阳的8%,亮度也大约只有太阳的千分之一。这种恒星是银河系里最常见的一种,称为M矮星。这颗恒星照耀在行星七姐妹上的微弱光芒,主要落在红外光波段--我们无法以肉眼看到红外光,只能感觉到它的温度。

但史匹哲望远镜能够看到红外光,当望远镜对准这颗恒星时,出现了一些特殊的现象。这颗恒星的光芒会周期性地变暗--这是因为行星在经过恒星前方时,在恒星表面投下影子,暴露了自己的行踪。科学家在明亮不定的光度变化曲线中,辨认出七颗行星的特征。

其中三颗是原本2016年公布和地球大小相近的行星。有趣的是,科学家在仔细检查后,发现2016年所公布的其中一颗行星,其实不只一颗。

最后,这七颗行星从星光中透露行踪,奏出宇宙里的七重奏。

「其中内侧的六颗行星讯号已非常确信,第七颗行星应该也是真的,」蒙特娄大学的罗伦.韦斯(Lauren Weiss)表示:「如果TRAPPIST-1能有这么多行星,那么其他为数众多的小恒星,也可能会有这么多行星。」

这几颗行星的名字分别叫做TRAPPIST-1b、1c……,一直到TRAPPIST-1h。行星上的一年从1.5到约20个地球日不等。它们紧紧依偎着母恒星,与恒星的距离比水星到太阳还要更近。这些行星就像拥挤的一家兄弟姊妹,彼此的重力互相影响,又拖又拉的,因此史匹哲望远镜观察到的光度变化模式,呈现出稍稍延迟和些微扰动的现象。

科学家根据这些扰动,能够决定行星的大略质量。他们发现这些行星不但跟地球大小相近,也和地球的质量差不多。也就是说,这七姊妹可能是岩质行星,不过韦斯也表示,这些行星也可能其实很小,但外围被一大层蓬松的大气笼罩着。

但科学家仍无法确定TRAPPIST-1h的轨道。其中三颗行星--TRAPPIST-1e、TRAPPIST-1f和TRAPPIST-1g,似乎刚好位在恒星的适居带内。这表示如果行星的内部结构和大气状况适合,行星表面的温度能让液态水汇聚、流动。

在这之前,科学家主要都是在类似太阳的恒星周围,寻找与地球相似的行星。这项发现和其他之前的研究指出,即使是又小又暗的恒星,也可能拥有像地球一样的行星--这对致力寻找银河系中究竟有多少这类行星的科学家来说,是个大好消息。

「这篇论文的作者非常幸运,能在这么少的资料中,就找到七颗大小和地球相近的行星发生凌星现象。这表示,像我们太阳系这样有四颗大小和地球相近行星的系统,并没有什么特别的。」莱登大学伊格纳斯.斯纳兰(Ignas Snellen)在同期刊出的评论文章中这么说。

寻找生命

科学家们对从恒星算来的第五颗岩质行星--TRAPPIST-1f特别感兴趣,他们认为这颗行星恰好位在最适合生命存在的位置。

但也不全然都是好消息,所以对找到外星生命这件事,还是别太过于兴奋。

首先,这个系统的大小和构造,和木星以及四颗较大的木星卫星类似,这四颗卫星绕行木星时,一直都以同一面对着这颗巨大的行星。 TRAPPIST-1的行星也是这样,也就是说,这几个系外行星面对恒星的那半球始终炎热,另外背对恒星的半球,则是永无止尽的漫漫长夜。

这并不代表这些行星无法演化出生命(尤其是如果有大气的状况)但确实有些难度,这篇论文的共同作者、列日大学的迈克尔.吉隆(Michaël Gillon)表示。

另外,这些行星与母恒星靠得太近了,彼此也都挤在一起。在轨道上运行时,重力会压缩并加热行星内部,就像木星对它的几颗大卫星,也有类似的效应。

这个过程称为潮汐加热,这也是为什么木卫二欧罗巴(Europa)内部有全球性的海洋流动,和木卫一埃欧(Io)是全太阳系火山活动最活跃的地方。

所以,尽管这些行星可能很温暖,但其中几颗可能会像木卫一埃欧那样,每2000年左右,就因为内部的火山活动,而使地貌完全改变。 「与其说那边是温暖的海滩,我觉得用『宜居』来形容更贴切。」韦斯说。

最重要的一点是,行星的表面温度其实主要取决于行星本身的特征,尤其是大气状态。看看像地狱一样炙热的金星就可以知道了--这都得归咎于金星表面大量令人窒息的温室气体。

这可不是说科学家对在TRAPPIST-1系统中寻找生命不感兴趣。其实,他们已经开始付诸行动了。哈伯太空望远镜正忙着监测这些系外行星的大气,美国航太总署的克卜勒太空望远镜自2016年12月开始,也始终紧盯这个系统,寻找更多行星,期望对这些行星有更多认识。

在接下来的几年里,詹姆斯.韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)应该可以更仔细观测TRAPPIST-1和系统中的行星。

对科学家来说,要在这个系统寻找什么样的生命特征,是个相当棘手的问题,毕竟利用TRAPPIST- 1的红外光所演化出的生命型态,一定和地球很不一样。比起单一的分子特征,生命的迹象可能会以调整几种化合物比例的方式显露出来。

「这真的是各种不同分子的组合,」吉隆说:「光有氧气是不够的。」无论如何,仔细观测这些行星的大气,是将来非常重要的一步。而且天文学家总有可能像这次一样幸运,发现我们熟悉的东西。

托奥德表示:「如果那里的生命蓬勃发展,并且和地球上的生命释放出类似的气体,那么,总有一天我们会找到的」。




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