一颗恒星周围 三个类地行星

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  美国宇航局2017年2月22日宣布,该局的斯皮策太空望远镜发现了第一颗由7颗地球大小的行星环绕的恒星,其中3颗行星位于可居住区域。天文学中的可居住区域是指恒星周围的一片区域,这里的岩石行星很可能存在液态水,因而可能存在生命。
  这一发现创下了太阳系外一颗恒星周围位于可居住区域的行星最大数量。如果大气条件合适,所有这7颗行星都可能存在液态水。不过,最可能存在液态水的行星,依然是位于可居住区域的那3颗行星。
  科学家说,上述发现是在寻找太阳系外可居住环境方面的一个里程碑。地球人在宇宙中是不是唯一智慧生命?这是一个很大的科学谜题。而首次在可居住区域发现这么多行星,无疑是朝着破解这个大谜题前进了一步。
  这个系外行星系统位于距离地球大约40光年的宝瓶座,算是相对靠近我们。这个系统被称为“特拉匹斯特”,这个名字是“凌日行星和星子小型望远镜”(位于智利)的缩写。科学家2016年5月宣布,借助于“特拉匹斯特”望远镜,他们发现了“特拉匹斯特”系统中的3颗行星。在包括欧洲南方天文台的“欧洲超大望远镜”等在内的多座地面望远镜协助下,“斯皮策”证实了这3颗行星中的两颗的存在,还发现了另外5颗,从而让这个系统中的行星数量上升至7颗。
  运用“斯皮策”获得的数据,科学家精确测定了这7颗系外行星(合称“特拉匹斯特-1”行星)的大小,并且首次估算出其中6颗的质量,从而进一步估算出它们的密度。基于密度估计,“特拉匹斯特-1”行星很可能都是岩石行星。进一步的观测将不仅有助于确定它们是否富含水,而且可能揭示它们的表面是否存在液态水。第7颗(也是距离母恒星最远的一颗)“特拉匹斯特-1”行星的情况尚未被估计,科学家相信它可能是一个冰雪世界,但是否如此有待观测。
  “特拉匹斯特-1”行星的奇妙在于,它们是首批被发现环绕这一类恒星的地球大小的行星。对于研究有潜在可居住性的地球大小的系外行星来说,它们也是最佳目标。与太阳截然不同,“特拉匹斯特-1”恒星是一颗超低温矮星,这让近距离环绕它的行星表面也可能存在液态水,而这样的近距离在太阳系中是不可能的。所有7颗“特拉匹斯特-1”行星与其母恒星的距离都比水星距离太阳还近,这些行星彼此间也靠得近。如果你站在其中一颗行星表面,甚至能看见其他6颗的地貌特征和云层。自不必说,这6颗行星在另一颗行星天空中显得比从地球上看去的月球更大。
  这些行星或许还被潮汐锁定至母恒星,即行星的同一个半面一直朝向母恒星,这个半面永久处在白天,另一个半面永久处在黑夜。这意味着,这些行星上的天气模式与地球的完全不同,例如强风在这些行星上从白天的半球吹到夜晚的半球,还有很极端的温度变化。
  “斯皮策”是一部红外望远镜,它在环绕太阳的過程中尾随地球,很适合研究在红外光(其波长超过人眼所能见范围)中最明亮发光的“特拉匹斯特-1”恒星。2016年秋季,“斯皮策”连续观测“特拉匹斯特-1”恒星近500小时。“斯皮策”在其轨道中的定位很独特,目的是让它可以观测行星足够多的凌日现象,以揭示系外恒星-系外行星系统的复杂构架。科学家让“斯皮策”在自己“暖和任务”期间观测凌日行星的能力最大化。在“斯皮策”完成前5年的运作后,它的冷却剂耗尽,从而进入“暖和任务”期。
  美国宇航局“斯皮策科学中心”负责人凯里说,“特拉匹斯特-1”行星的发现是“斯皮策”运作14年来最激动人心的探测结果。2017年秋季,“斯皮策”将继续深化对这些行星的了解,以便JWST跟进研究它们。对“特拉匹斯特-1”系统的更多观测,肯定会揭示更多秘密。
  在“斯皮策”发现这7颗系外行星后,“哈勃”启动了对其中4颗的筛查,包括那3颗位于可居住区域内的行星。这种筛查性观测,旨在评估这些行星是否有主要由氢组成的膨胀大气层。在太阳系中,海王星大气层具有这样的特点。2016年5月,“哈勃”团队观测了最靠近“特拉匹斯特-1”恒星的两颗行星,未发现表明这些行星有这类膨胀大气层的证据。这强化了这样一种推测:这些行星是岩石行星。
  科学家说,对于在未来10年中研究地球大小的行星周围的大气层,“特拉匹斯特-1”系统提供了最佳机遇之一。美国宇航局用于搜寻系外行星的“开普勒号”(简称“开普勒”)太空望远镜,也在探索“特拉匹斯特-1”系统,包括测量因为行星凌日而造成的“特拉匹斯特-1”恒星亮度的微弱变化。“开普勒”在其K2任务期(已于2017年3月结束)的观测结果,将让科学家细化对7颗“特拉匹斯特-1”行星特点的分析,并且搜索“特拉匹斯特-1”系统中可能存在的更多行星。
  科学家计划,运用定于2018年发射的JWST,对“特拉匹斯特-1”行星做跟进研究。“斯皮策”“哈勃”和“开普勒”将在这方面提供帮助。由于更高的灵敏度,JWST除了将探查水、甲烷、氧、臭氧及行星大气层中其他成分的化学指纹,还将检测行星温度和表面压力,这些都是检测行星可居住性所涉及的重要因素。
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