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经过十多年的望远镜监测,天文学家在一个已知存在其他四颗行星的附近行星系统中增加了两个新发现的世界,其中一个新发现看起来像是可能存在生命的地方。
“自从开始这项搜寻以来,我们一直在尝试寻找大约地球大小、温度足以让水存在的行星,”加州大学圣克鲁兹分校的研究人员之一史蒂文·沃格特在9月29日的新闻发布会上说,“这是第一个真正具有表面以液态形式存在水所需条件的系外行星。”沃格特和他的同事们计划在未来出版的《天体物理学杂志》上发表他们的发现。
通过使用夏威夷的10米凯克望远镜之一对一颗附近的小恒星进行了11年的监测,并将数据与另一个团队发表的4.3年类似的观测数据相结合,沃格特和他的合著者发现了两颗轨道行星,其质量分别至少是地球的3.1倍和7倍。在已知的系外行星领域中,这两个都算是相当小的,其中大多数已发现的数百个世界都是比木星还大的巨型行星。这个行星系统环绕着距离我们仅20光年的红矮星格利泽581,现在是已知最大的行星系统之一。(8月份宣布另一个行星系统至少拥有五个,甚至可能是七个世界。)
在之前已知的环绕这颗矮恒星运行的四颗行星中,有两颗位于天体生物学家所称的宜居带或“金发姑娘带”——即围绕恒星的空间区域,既不太热也不太冷,液态水和生命可能存在。两颗新世界中较小的一颗格利泽581g正好在两颗行星之间运行,使其更直接地位于恒星的宜居带中。然而,地球人不会把格利泽581g误认为是他们的家园——除了它所谓的超级地球尺寸之外,它还围绕着一颗比太阳小且暗得多的恒星运行,其平均表面温度会发生巨大变化,从夜侧的远低于冰点到昼侧的灼热高温。
但在这些极端温度之间,沃格特估计可能在-35到70摄氏度之间,会存在稳定的气候带,沃格特称之为“生态经度”,液态水可能在其中存在。因为这颗行星可能被潮汐锁定,就像月球对地球一样,只将一个半球朝向其恒星,所以永久白天和永久黑夜之间的温带可能会为生命提供一个立足点。“两者之间存在一个稳定的温度连续体,”沃格特说。“你只需要在表面移动。”
格利泽581g的实际表面温度取决于许多目前未知的因素——例如行星的反射率和它可能产生的任何温室效应的强度。“我们不能肯定地说它的气氛或水,”该研究的合著者、卡内基科学研究所的保罗·巴特勒在网络直播中说。但是关于这颗行星已知的情况至少使其具有潜在的宜居性。“它的质量足以维持像地球一样强大而美好的大气层,”巴特勒说,“并且表面会有足够的地方容纳水。”
用于识别新行星的径向速度或“摆动”技术依赖于跟踪主恒星光线中的多普勒频移,因为轨道行星会拉动恒星,使其更靠近地球,然后再远离地球。自1995年被用于识别第一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星以来,径向速度法一直是一种非常高效的技术,但它只显示系外行星的部分图像——例如,只揭示了行星质量的下限,这可能会产生歧义,导致我们无法判断行星是像地球一样多岩石,还是像木星一样是气体,或者它是否是更大的物体,例如褐矮星。就格利泽581g而言,如果行星的质量比地球大4.3倍以上,那么行星系统的稳定性似乎会受到损害。
为了更好地了解新发现的世界,天文学家需要进行补充观测,例如观察行星在恒星前面经过时发生的部分日食(称为凌日),或者精确测量恒星在天空中的左右运动。通过行星凌日,研究人员甚至可以识别行星大气中的成分,这可能表明那里存在生物。但是,从地球的角度来看,格利泽581g似乎没有正确对齐以凌日其恒星。并且用于测量天空中恒星位置的天体测量仪器尚未完成任务。“我们希望天体测量的持续进步将导致对这一发现的确认,并导致对这颗行星更精确的质量估计,”巴特勒说。
即便如此,这篇新论文提出了“一个非常引人入胜的结果,”加州大学伯克利分校的天文学教授杰夫·马西说,他过去曾与沃格特和巴特勒合作进行过许多行星发现,但并未参与这项新研究。马西说,格利泽581g“因其质量小且位于宜居带而显得非常特别。”
哈佛-史密森天体物理学中心的大卫·查博诺说,“这是向前迈出的非常令人兴奋的一步”,他补充说,该小组多年来收集了一些“非常漂亮的数据”。在径向速度数据中找出小型行星的微妙信号需要大量的观测,尤其是当信号被系统中较大的行星所主导时,其他人肯定会调查格利泽581g的信号是否真实。“有竞争的团队会尽最大努力看看他们是否可以确认信号,”查博诺说。“他们可能现在正在运行这些分析,因为他们五分钟前才了解到这一点。”
即使证明这颗行星确实存在,格利泽581g是否实际存在任何生物活动的问题仍然悬而未决。“在这一点上讨论生命当然是推测性的,”巴特勒警告说。“话虽如此,在地球上,无论在哪里发现液态水,都可以发现大量生命。”