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天文史上的今天:發現宜居帶內地球大小的系外行星

http://finance.sina.com   2018年04月16日 18:51   北京新浪網

  來源:星空早知道

  2014年4月17日,美國宇航局宣佈,“開普勒”空間望遠鏡首次發現了一顆運行在“宜居帶”內,且大小與地球接近的系外行星。

系外行星 Kepler-186f 示意圖  來源:NASA系外行星 Kepler-186f 示意圖  來源:NASA

  天清晨,原定在北京時間6:32發射的下一代系外行星搜尋望遠鏡TESS的升空時間被推遲了,最新給出的發射窗口是在北京時間4月19日清晨。

  TESS的發射是為了接替燃料即將耗盡的美國宇航局“開普勒”空間望遠鏡(Kepler),這台空間望遠鏡在系外行星搜尋方面可謂居功至偉,在迄今人類發現的3700多顆系外行星中,光是開普勒望遠鏡就發現了2700多顆。在不斷取得的新發現中,人類逐漸朝着發現“地球2.0”接近。

原定於今日清晨升空的TESS探測器因故推遲到19日清晨發射 來源:NASA原定於今日清晨升空的TESS探測器因故推遲到19日清晨發射 來源:NASA

  2014年4月17日,美國宇航局宣佈,“開普勒”空間望遠鏡首次發現了一顆運行在“宜居帶”內,且大小與地球接近的系外行星:Kepler-186f。

  所謂宜居帶,就是指在一顆恆星的周圍,由於距離適中,水可以液態形式存在於行星表面的距離範圍。由於目前的科學認識下,液態水體是生命存在的必須條件,因此運行在宜居帶內的行星存在生命生存條件的可能性更高。比如地球就位於太陽周圍的宜居帶範圍內。

太陽系的宜居帶範圍,可以看到地球和火星落在宜居帶範圍內 來源:NASA太陽系的宜居帶範圍,可以看到地球和火星落在宜居帶範圍內 來源:NASA

  Kepler-186f的發現首次確認,在除了太陽之外的其他恆星周圍,同樣存在運行在宜居帶內,且大小與地球相似的行星。

  在Kepler-186f之前,科學家們也發現過運行在恆星周圍宜居帶範圍內的系外行星,但這些行星無一例外都要比地球大出40%以上,它們的物質組成也難以確認,相比之下,Kepler-186f更容易讓我們聯想到地球。

2009年升空的開普勒空間望遠鏡在系外行星探測方面几乎處於壟斷地位 來源:NASA2009年升空的開普勒空間望遠鏡在系外行星探測方面几乎處於壟斷地位 來源:NASA

  不過,由於開普勒望遠鏡是通過凌星法觀測發現系外行星的,也就是说,通過系外行星從恆星前方經過時遮擋恆星光芒而反推行星存在的,因此不難理解,對於開普勒望遠鏡發現的系外行星,我們只能測算其直徑大小,而無法得知其質量,成分等其他信息。但根據其大小推算,科學家們傾向於認為這顆行星主要是由岩石構成的。

  由於地球是我們目前所知道的,存在生命的唯一星球,因此我們別無選擇,當我們在搜尋其他可能存在生命的星球時,我們當然會去刻意搜尋那些與地球存在類似之處的目標。從這個意義上講,Kepler-186f這樣一顆大小與地球接近,可很有可能由岩石物質組成,且運行在宜居帶內的行星的發現,是一個很大的突破。

開普勒望遠鏡的觀測天區很小,位於天鵝座方向,就是圖中的小方塊區域。但就是這麼小小一塊區域,開普勒望遠鏡已經發現了數以千計的系外行星   來源:NASA  開普勒望遠鏡的觀測天區很小,位於天鵝座方向,就是圖中的小方塊區域。但就是這麼小小一塊區域,開普勒望遠鏡已經發現了數以千計的系外行星   來源:NASA

  Kepler-186f屬於Kepler-186恆星系統,位於距離地球大約500光年外的天鵝座方向。恆星Kepler-186本身的質量只有太陽的一半左右,這類小質量恆星被稱作紅矮星,或者根據其光譜型稱作M型行星,這類恆星大概要占到銀河系內全部恆星數量的70%左右,屬於最常見的恆星類型。

  而在這顆恆星的周圍,除了Kepler-186f之外,目前已經發現還存在其他至少4顆行星,編號分別是Kepler-186b, Kepler-186c, Kepler-186d 和Kepler-186e。

右側:Kepler-186系統與太陽系的對比;左上角:地球與系外行星Kepler-186f的對比   來源:NASA  右側:Kepler-186系統與太陽系的對比;左上角:地球與系外行星Kepler-186f的對比   來源:NASA

  Kepler-186f圍繞恆星運行一圈大約需要130天(一年),從恆星接收到的熱量大致相當於地球從太陽接收到熱量的1/3。如果你站在Kepler-186f的表面,即便在正午“太陽”最高的時候,這個“太陽”的亮度大約也只相當於地球上傍晚我們的太陽落山之前一小時左右的那種亮度。

  而相比之下,該系統內另外4顆行星距離恆星太近,公轉周期分別只有4天,7天,13天和22天,這樣的距離上溫度太高,不可能適合生命生存。

系外行星的凌星法觀測原理:行星通過視線方向時,造成恆星亮度的下降。行星直徑越大,造成的亮度下降越明顯   來源:NASA  系外行星的凌星法觀測原理:行星通過視線方向時,造成恆星亮度的下降。行星直徑越大,造成的亮度下降越明顯   來源:NASA

  當然,僅僅基於其位於宜居帶範圍內就斷定其存在適合生命生存的條件也是魯莽和草率的。因為真正決定溫度環境的因素其實有很多,比如你有沒有大氣層,大氣層的成分是什麼等等。

  但關於這個問題的答案,我們需要等待新一代探測器的升空,比如計劃在2020年發射的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡,它的超級分辨率將有望讓我們獲取遙遠系外行星的大氣光譜信息,甚至直接拍攝它們的圖像。

美國宇航局探測系外行星路線圖。期待這兩天的TESS探測器,以及2020年詹姆斯·韋伯望遠鏡的升空   來源:NASA  美國宇航局探測系外行星路線圖。期待這兩天的TESS探測器,以及2020年詹姆斯·韋伯望遠鏡的升空   來源:NASA
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