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科学网—“开普勒”发现宜居行星:温暖有水

来源:http://www.soniaLorenzana.com 作者:493333王中王开奖结果 时间:2020-04-11 21:41

(赵路 译自www.science.com,12月6日)

2 为什么说这颗新行星可能适宜居住?

先来看看我们最熟悉的太阳系:太阳系共有8颗行星,只有地球上存在宜人的气温,使水能以液态形式长期存在于地表之上。为什么会这样?根本原因在于,地球到太阳的距离既不太近,也不太远,接受到的太阳辐射刚刚好。太阳周围能够满足这一条件的区域,就被称为“宜居带”(habitable zone)。

不同恒星的宜居带到恒星的远近并不是固定的,与恒星性质有很大关系。如果一颗恒星温度和亮度都比太阳高,宜居带就会离它稍远一些;如果温度和亮度都比太阳低,宜居带就会稍近一些。此外,宜居带也不是一个范围非常狭窄的区域。太阳系的宜居带从金星轨道外侧一直延伸到火星轨道外侧,因此严格说来,地球和火星都在太阳系的宜居带内。只不过火星质量较小,留不住浓厚的大气,后来变得寒冷而干燥,不适宜居住了。

“开普勒-22b”围绕着一颗类似于太阳的恒星旋转,这颗恒星发出的光比太阳光弱大约25%,因此那里的宜居带要比太阳系里的宜居带更靠近恒星一些。而在另一方面,“开普勒-22b”到母星的距离又比地球到太阳的平均距离近了大约15%,恰好使它舒舒服服地落在了宜居带中。因此,如果新行星的性质与地球相似,液态水就可以在那颗行星的地表上长期存在。

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【开普勒-22b所处系统与内太阳系的对比图,宜居带指行星距离恒星远近合适的区域,在这一区域中,生命存在所必需的液体水能够存在。图片来自NASA】

 

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近日, 参与NASA开普勒任务的科学家宣布 ,通过开普勒望远镜,他们首次在类似太阳的恒星周围,发现了可能适宜居住的新行星。这一成果的曝光,给人们引来无限的遐想,本文也将对事件中最受关注的问题,一一进行解读。

《科学时报》 (2011-12-07 A4 国际)

3 科学家无法确定这颗行星是液态的还是固态的,那是如何确定的行星表面温度是21摄氏度?

通过开普勒望远镜的观测,天文学家可以测出这颗新行星距离它的“太阳”有多远,也可以测定它的“太阳”每时每刻能够释放出多少光和热。但仅凭这两个条件,仍然无法确定行星表面的温度,因为后者不光与“阳光”的强弱有关,还与行星表面甚至大气的许多性质相关。

开普勒望远镜用来寻找外星行星的那种方法,无法测定行星的质量,也无法直接观测这颗行星,因此天文学家难以确定这颗行星是像地球这样的岩态行星,还是像木星那样的气态行星,甚至是完全不同的液态行星。至于行星拥有怎样的大气,表面由什么物质构成,就更是无从得知了。

不过,如果假设这颗行星与地球十分相似,拥有类似的陆地和海洋,还拥有类似的大气来产生温室效应,天文学家就能计算出它的平均表面温度大约是22℃左右。不过,这个数据只能算是“仅供参考”,因为存在太多的不确定因素。假设其他条件不变,只是那颗行星表面没有大气的话,它的平均表面温度就会低至-11℃。

这是第一次,天文学家直接在一颗类似太阳的恒星的宜居带中找到了一颗行星,那里的温度非常适宜生命存在。宜居带指行星距离恒星远近合适的区域,在这一区域中,恒星传递给行星的热量适中,行星既不会太热也不太冷。

5 这个发现,在学术和现实中会有怎样的影响?

开普勒探测器在科学上的主要目的,不是要寻找适宜人类居住的另一颗地球,而是要给银河系里的行星作一个小规模的“人口抽查”。换句话说,通过开普勒对大约15万颗恒星的不间断监测,天文学家想了解银河系的2000亿颗恒星中有多大比例拥有行星,拥有几颗行星,这些行星的个头及距离母星的远近又有什么统计上的分布规律。这些基本信息对于研究行星及恒星的形成都会有莫大的帮助。

因此,开普勒此次公布的这批数据中,天文学家更看重的反而是新公布的行星候选者中,各种大小的候选行星各有多少。当然,确定开普勒的首颗宜居行星也很重要,至少提供了一个确实的证据,表明银河系中适宜居住的行星并不十分罕见。这一发现也为将来更先进的观测设备提供了一个备选观测目标,到时候借助更先进的设备,我们或许能够测出这颗行星的质量,甚至分析出行星的大气成分,用更确切的数据来推断那里是否真的适宜居住。

在现阶段,这一发现的主要意义在于,它成了一个热门话题,把公众的视线引向了科学,引向了我们对未知世界的探索。同时,这也给科学家提供了一个机会,向公众展示他们的工作和成果。对未知的外星行星世界的向往,或许会在许多人心中种下一颗好奇的种子,甚至有机会萌发成对科学的热爱。

“开普勒”观测到迄今最可能存在液态水的宜居行星。

6 人类移民到这颗星球上有多大可能呢?

现有的人造航天器中,速度最快的当数正在飞向冥王星的“新视野”号探测器,它的速度目前大约是15.5千米/秒。如果以这个速度飞向600光年以外的“开普勒-22b”,大约需要1160万年才能抵达。就算是离太阳最近的恒星——半人马座比邻星,距离我们也足有4.22光年。以“新视野”号目前的速度飞行的话,抵达比邻星也至少需要8万年。因此,按照人类现有的技术水平,想要移民这颗行星的可能性几乎为零。

当然,我们无法排除人类科技出现突破的可能。或许有一天,我们造出了光速飞船,开辟了“任意门”,能够穿梭于宇宙之间。到了那时,如果观测证实“开普勒-22b”确实是一颗类地行星,确实适宜人类居住的话,那里或许会成为未来人类前往探索甚至定居的目的地。

不过到了那时,我们发现的宜居行星应该已经一抓一大把,也不在乎这一颗了吧……

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1 开普勒望远镜如何发现这颗行星?使用的这些技术和方法能有多精确?

行星本身是不发光的,因此直接观测非常困难。但是,不发光的行星如果从恒星前方经过,就会遮挡一部分星光,导致我们看到的恒星亮度在短时间内稍稍变暗,随后再恢复正常。如果这样的星光变暗现象周期性出现,至少观察到4次之后,就可以确定那里存在一颗我们看不见的行星。

开普勒望远镜就是NASA专门用这种方法来发现外星行星的探测器。自2009年升空以来,它便一刻不停地监测着大约15万颗恒星,记录它们亮度上的细微变化。如果是地球从太阳前方经过,遮挡的阳光大约会使太阳的亮度下降万分之一,而开普勒能够检测微弱到十万分之一的星光变化。

新行星“开普勒-22b”就是通过这种方式发现的——开普勒望远镜观察到那颗恒星以大约290天为周期,发生星光变暗又恢复正常的现象。根据恒星亮度的变暗幅度,天文学家确定了行星的半径,大约是地球的2.4倍;根据这一现象发生的周期,天文学家计算出了行星的轨道,确定它恰好位于那颗恒星的“宜居带”中。

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【新行星“开普勒-22b”的艺术想象画,这颗行星也是NASA开普勒计划证实它的首颗位于类太阳恒星宜居带中的行星。图片来自NASA】

 

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