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“第二个地球”离我们有多远?

2017-06-30

自然与科技 2017年4期
关键词:开普勒外行星宜居

近期来自宇宙的新发现源源不断,引发一股天文热潮。就在“新视野号”为我们呈现一个“手捧爱心,表情萌萌哒”冰封世界后仅仅10天,美国宇航局又宣布发现一颗酷似地球的系外行星,一时间“第二个地球”几乎抢了全世界媒体的头条,大街小巷茶余饭后 话题也从“宜居”谈到了“移居”……那么事实究竟如何呢?

真的是“第二个地球”吗?

这个故事的主角叫“开普勒452”(Kepler-452b),是一颗太阳系外行星,位于天鹅座,距离地球约1400光年。这颗行星的直径比地球大60%,距离它的“太阳”比日地距离远5%,位于适合液态水存在的“宜居带”中,公转一周385天,这些特征都和地球极为相似!美国宇航局把它称为“超级类地行星”(super-Earth-size planet)。然而细心的爱好者发现,其实在去年就发现了一颗更接近地球大小的系外行星“Kepler-186f”,它只比地球大不到10%,也在所谓“宜居带”中,公转周期为130天。再往前,有一颗叫“Kepler-62f”的系外行星比地球大40%,在一条公转周期为267天的轨道上绕着其母星运动。既然如此,这次公布的新发现“Kepler-452b”到底特殊在哪里呢?

其实在这个故事中,真正的关键人物是那颗行星的“太阳”,一颗叫做“开普勒452”(Kepler-452)的恒星。它比太阳大10%,亮20%,目前年龄是60亿年,比太阳年长10亿岁,关键是这颗恒星与太阳一样,都属于G2型恒星,也就是黄矮星,拥有和太阳相似的温度、相似的生命周期、相似的活动状态。把它称为“第二个恒星”毫不为过。上文提到的另两个“超级地球”,虽然大小更接近地球,但是它们的母星都是温度更低,呈现橙红色的M型恒星红矮星。

恒星质量越大寿命越短。太阳的寿命大约有100亿年,而一颗5倍太阳质量的恒星寿命只有1亿年。行星根本就等不到进化出高级生命,恒星便摧毁了。而小质量的恒星虽然可以有几百上千亿年寿命,但是它们温度偏低,而且脾气不好,时不时来个剧烈的喷发,释放大量紫外线。行星上的生命得隔三差五地接受一次紫外线消毒,谁受得了啊!因此,我们目前能想象到的真正适合生命繁衍的行星必须像地球那样有着合适的大小、合适的质量、与恒星保持合适的距离。恒星本身大小也要合适——事实上,我们现在只有地球这一個例子。那么这次“Kepler-452+Kepler-452b”的组合就和“太阳+地球”真的非常像,简直就是“神复制”了!这是迄今为止发现的与日地系最为相似的系统,所以这才是本次新发现的意义所在。

如何发现遥远的“第二地球”?

众所周知,太阳系有八大行星,那么其它恒星也应该拥有自己的行星系统。但由于恒星距离我们太过遥远,行星本身又不发光,常常被恒星光芒掩盖,所以探测难度极大,长期以来仅仅是一个合理的科学猜想。直到1989年,首颗系外行星被确认发现,那是一颗质量为木星11倍的行星,编号HD 114762 b。1992年,人类首次确认发现质量与地球相近的行星。

探测系外行星的方法有很多。早期比较有效的方法是视向速度法,就是通过多普勒效应探测行星引力对母恒星造成的位置漂移量来推算行星的质量、周期等。但这种方法只能发现数倍于木星质量的巨大行星,而且往往距离恒星非常近,甚至只有水星到太阳距离的1/7!这种行星叫“热木星”,显然是不适合生命存在的。还有一种常用方法是凌日法,通过行星运行至恒星前方,造成恒星的光度发生变化,从而推算行星的大小和公转周期。然而,做起来难度极大。像木星大小的行星经过太阳大小的恒星会使恒星的光度减少百分之一,而地球大小的行星只能使恒星的光度减少万分之一!

“开普勒”太空望远镜就是专门拥凌日法探测系外行星的。它由NASA下属的喷气推进实验室研制,耗资6亿多美元,主要部件包括一个直径95厘米的主镜和一个极其灵敏的光度计。“开普勒望远镜”的任务是对天鹅座和天琴座中约10多万个恒星系统扫描观测,搜寻太阳系外行星的踪迹,特别是与地球相似、由岩石构成,并位于恒星宜居带上的行星。自2009年升空以来,惊人的发现源源不断,一次又一次地颠覆了人们对行星存在性的理解。截止目前,开普勒已经辨认出4696颗候选行星,确认了1030颗,其中包括灼热的气态巨行星和拥有多个太阳的怪异行星系统。当然,更重要的是,它已经确认了小于两倍地球大小并位于“宜居带”的12颗行星,现在还有11颗尚待确认。现在全世界有很多业余爱好者也加入进来帮忙一起从海量数据中寻找系外行星的蛛丝马迹。

既然地球的“表哥”已经找到,许多人都在问:那里有没有生命?有没有外星人?人类能不能与他们取得联系?人类能不能移居?

首先,虽然Kepler-452b已经拥有了和地球差不太多的大小,差不多的恒星,同样位于“宜居带”中,但是这只是说明有液态水存在的可能性,满足了生命存在的基本条件。如果要适合人类生存还必须要拥有一个理想的大气环境,如氧气、氮气、二氧化碳等气体的比例、臭氧层的厚度、理想的大气压强,还要有固态内核以及岩石表面。目前这些信息尚未可知。

其次,Kepler-452b距离我们1400光年,这个距离是地球生命无法承受之痛!前不久飞掠冥王星的“新视野号”是人类目前最快的飞行器,速度达到6万公里/小时,飞到那里要花2500万年!看来无论如何,移居到那里去是痴人说梦了,至少现在绝无可能。

那么那里会不会有智慧生物呢?Kepler-452b比地球老10亿年,按照我们对行星演化及生命进化的理解,这个可能性是存在的。如果我们大胆猜想那里存在比人类更高级的生物。他们可能在数万年前就发明了望远镜、无线电、计算机……假如1400年前他们向空中发射过无线电波,那么今天的地球人说不定就有这个可能收到他们的信号。反过来,如果我们主动联系他们,今天发射一束问候电波给他们,假定他们收到后立刻回复“在”,我们则需要2800年后才能收到。看来,当前比较靠谱的做法是让我们地球上的大型射电望远镜对准Kepler-452b行星仔细聆听,说不定有意外惊喜哦!

后记:几千年来,人类文明一直试图回答一些终极问题:我们从哪里来?又将到哪里去?我们在宇宙中是孤独的吗?正是这些问题促使人类文明不断进步,科技不断发展,地球在宇宙中的“地位”却不断降低。现在唯一能让我们沾沾自喜的或许只剩下“我们是宇宙唯一有生命的星球”。随着越来越多“第二个地球”的发现,或许在不久的将来,我们就会听到来自宇宙深处的问候,到那时候,人类文明又将迈入一个新纪元。

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