探秘類地行星

類地行星新發(fā)現(xiàn)

由歐盟、日本和美國(guó)科學(xué)家組成的國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)，近日利用“苔絲”空間探測(cè)器在太陽(yáng)系外發(fā)現(xiàn)一顆新的類地行星，它距地球僅40光年，表面溫度可能比地球略高。廣義上的類地行星指以硅酸鹽為主要成分的行星，它們都有金屬核心，外層被硅酸鹽地幔包圍，有固體表面（部分）。在此基礎(chǔ)上，狹義的類地行星還存在液態(tài)水以及大氣層，即“宜居行星”。

據(jù)美國(guó)航空航天局發(fā)布的新聞公報(bào)介紹，這顆新發(fā)現(xiàn)的“潛在宜居行星”被命名為“格利澤12b”，它每12.8天圍繞其母恒星運(yùn)行一周。其體積與金星相當(dāng)，比地球略小。日本《朝日新聞》稱這顆行星是“罕見(jiàn)的、誘人的發(fā)現(xiàn)”。

科學(xué)家推測(cè)，如果“格利澤12b”沒(méi)有大氣層，那么其表面溫度約42攝氏度，比人類迄今發(fā)現(xiàn)的太陽(yáng)系外類地行星中的大多數(shù)都低；如果它有大氣層，那么其表面溫度會(huì)更低一些。

參與研究的日本天體生物學(xué)中心科學(xué)家葛原昌幸表示：“我們發(fā)現(xiàn)了迄今為止距地球最近、表面溫度最適宜生命存在的行星，而且它的體積與地球接近。像這樣的系外行星并不多見(jiàn)，值得繼續(xù)追蹤觀察——它將是韋布空間望遠(yuǎn)鏡的重要目標(biāo)。”

“格利澤12b”的母恒星是一顆紅矮星，位于雙魚座。科學(xué)家稱之為“涼爽的恒星”，因?yàn)樗捏w積只有太陽(yáng)的27%，表面溫度比太陽(yáng)低40%。“格利澤12b”與其母恒星之間的距離僅為日地距離的7%。因此，盡管母恒星發(fā)光發(fā)熱的能力遠(yuǎn)不及太陽(yáng)，但“格利澤12b”接收到的能量是地球從太陽(yáng)接收到的能量的1.6倍。

參與這項(xiàng)研究的澳大利亞南昆士蘭大學(xué)博士多拉基亞表示：“在分析了母恒星的情況后，我們對(duì)‘格利澤12b’的研究重點(diǎn)是其是否有大氣層。這顆行星目前是研究類地行星的最佳目標(biāo)之一，也是推進(jìn)我們對(duì)銀河系行星‘宜居性’研究的關(guān)鍵目標(biāo)。”

適宜的大氣層是一顆行星保有液態(tài)水乃至生命的關(guān)鍵條件。“格利澤12b”的表面溫度介于地球和金星之間，研究人員推測(cè)它可能有類似地球或金星的大氣層。當(dāng)然，也不排除“格利澤12b”擁有與太陽(yáng)系中的行星不同的大氣層。也就是說(shuō)，“格利澤12b”是否具備“宜居環(huán)境”還是未知數(shù)。對(duì)其大氣層的研究將揭示更多關(guān)于“宜居性”的信息。

“宜居行星”的探尋之路

浩瀚星空中是否有適宜生命繁衍的類地行星？科學(xué)家一直致力于尋找答案。根據(jù)人類目前的認(rèn)知，一顆“宜居行星”最重要的條件是存在液態(tài)水。天文學(xué)界根據(jù)行星與恒星之間的距離，把可能有液態(tài)水存在的行星所在的區(qū)域稱為“宜居帶”——不能離恒星太遠(yuǎn)，也不能太近。除了液態(tài)水，“宜居行星”還要有大氣層。

天文學(xué)家希望能從類地行星的大氣信號(hào)中探測(cè)到水和氧等代表“宜居環(huán)境”的信息。到目前為止，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)數(shù)十顆與地球相近的類地行星。能否對(duì)這些行星的大氣層進(jìn)行探測(cè)，主要取決于它們與地球的距離。目前發(fā)現(xiàn)的較近的太陽(yáng)系外行星，到地球的距離以數(shù)十光年計(jì)，探測(cè)它們的大氣信號(hào)，難度可想而知。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的努力，科學(xué)家依然沒(méi)能在眾多類地行星中找到“宜居行星”。

就在“格利澤12b”被發(fā)現(xiàn)前不久，一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)利用韋伯空間望遠(yuǎn)鏡，在一顆有巖石圈的行星上發(fā)現(xiàn)了可能由二氧化碳組成的大氣層。不過(guò)，這顆行星的表面溫度高達(dá)1500攝氏度，顯然不適合生命繁衍。

預(yù)測(cè)地球的未來(lái)

人類在類地行星方面的探索永遠(yuǎn)不會(huì)止步，各國(guó)科學(xué)家都在努力尋找除地球之外的“宜居行星”。另外，探秘類地行星還有助于預(yù)測(cè)地球的未來(lái)。

眾所周知，地球大氣層遮蔽了來(lái)自太陽(yáng)的輻射，保護(hù)了地球上的生命。行星上大氣的存在是形成“宜居環(huán)境”的必要條件。研究表明，恒星對(duì)行星大氣的加熱和潮汐力拉拽作用，會(huì)造成猛烈的大氣逃逸現(xiàn)象——流體動(dòng)力學(xué)逃逸，也被稱為行星風(fēng)。

2003年，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡在太陽(yáng)系外行星“HD 209458b”上發(fā)現(xiàn)了行星風(fēng)的蹤跡。這種大氣逃逸不僅令行星每秒鐘損失數(shù)萬(wàn)噸物質(zhì)，還能把大氣中較重的粒子，如氮和氧拖拽出引力范圍，造成生命所需的氣體大量逃逸。

太陽(yáng)系中遺留有早期行星風(fēng)的證據(jù)。在地球、金星和火星的大氣層中，惰性氣體的含量差異很大。美國(guó)科學(xué)家吉姆·卡斯汀認(rèn)為，早期太陽(yáng)系行星經(jīng)歷了行星風(fēng)，最終導(dǎo)致各行星大氣層中惰性氣體含量迥異。

這引發(fā)一個(gè)問(wèn)題——在目前已被發(fā)現(xiàn)的類地行星中，是否有行星因遭遇過(guò)行星風(fēng)而失去了“宜居條件”？如果答案是肯定的，那么地球未來(lái)是否會(huì)因行星風(fēng)而變得“不宜居”？

相比于地球，金星距太陽(yáng)更近。有科學(xué)家認(rèn)為，早期金星上曾充斥著水蒸氣，其大氣溫度高達(dá)數(shù)千攝氏度。金星上的行星風(fēng)在數(shù)千萬(wàn)年中帶走了所有的水，最終形成我們今天看到的“不宜居”的金星。

20世紀(jì)初，英國(guó)天文學(xué)家詹姆斯·金斯提出，大氣中的原子和分子能夠從大氣層頂部擺脫行星的束縛，逃逸到太空中，從而造成大氣流失。這種逃逸現(xiàn)象后來(lái)被稱為“金斯逃逸”，也叫“大氣蒸發(fā)”。對(duì)行星而言，大氣層中越輕的粒子越容易發(fā)生逃逸。在今天的地球上，“金斯逃逸”現(xiàn)象每秒使約3000克氫和50克氦離開(kāi)地球。

相比于“金斯逃逸”，大氣層中的一些化學(xué)反應(yīng)和太陽(yáng)風(fēng)的侵蝕等造成的大氣逃逸，才是太陽(yáng)系行星大氣流失的主要原因。按照氫流失的速度計(jì)算，在太陽(yáng)膨脹到可以“吃掉”地球時(shí)（50億年后），地球大氣層的總質(zhì)量將減少到不足目前的一半。

那么，地球未來(lái)是否會(huì)變得像火星一樣荒涼？科學(xué)家對(duì)此的共識(shí)是：這不是人類需要思考的問(wèn)題。

首先，除了太陽(yáng)加熱外，決定大氣是否逃逸的另一個(gè)重要因素是行星的質(zhì)量。火星是比地球小得多的行星，其大氣很容易逃逸。對(duì)于地球來(lái)說(shuō)，其“抓牢”大氣的能力比火星要強(qiáng)得多。其次，地球大氣主要由比氫氣重得多的氮?dú)夂脱鯕饨M成，它們的“流失率”相對(duì)于氫氣要低得多。最后，地球受到磁場(chǎng)的保護(hù)，可以抵擋太陽(yáng)風(fēng)的侵蝕，從而“盡力”留住大氣。

天文學(xué)家據(jù)此認(rèn)為，50億年后，地球的大氣層會(huì)比現(xiàn)在稀薄，但依然具備生命存在的條件。

編輯：姚志剛 winter-yao@163.com