银河系中大多数行星都围绕着你甚至看不见的恒星运行

红矮星是昏暗的星体,但它们拥有的类地行星比任何其他类型的恒星都多

Two red stars, one small and one large

这张艺术家印象图显示了红矮星 CHRX 73(左上)及其伴星 CHRX 73 B 在前景中(右下)。CHRX 73 B 是在太阳系外一颗普通恒星周围观测到的最小的伴星之一。

年轻时,我常在夜晚凝视星空,想知道有多少星星拥有像地球一样的行星。作为一个《星际迷航》迷,我不禁想象着一个恒星富饶、行星遍布宇宙的世界。但未知令人痛苦。

不过,这个故事有一个美好的结局:现在我们知道了——银河系中充满了行星。

更棒的是,这个故事还有一个曲折的情节,值得斯波克先生扬起眉毛(并用平板的语气说一句“真有趣”):大多数围绕遥远恒星运行的行星——我们称之为系外行星——并非围绕着像太阳这样的恒星运行。相反,绝大多数行星都围绕着红矮星运行,红矮星是我们太阳的矮小表亲,也是银河系中最常见的恒星居民


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如果而且当我们有一天在宇宙中发现生命时,很有可能那些外星人抬头看到(或感觉或感知到,或其他什么)的是他们天空中的一颗红色的太阳,而不是一颗黄白色的太阳。

我确实喜欢《星际迷航》,但是——考虑到钢铁之躯是在红太阳下诞生的——看来超人这次说对了

天文学家在 1990 年代初发现了第一批已知的系外行星(这实际上是一个非常好的故事,我鼓励您去了解更多),这些行星通常被称为“脉冲星行星”。但这些世界围绕着一颗死亡的恒星运行,并受到致命的高能辐射轰击。对于我们这些希望找到更温和的类地世界的人来说,这并不是很令人满意。

后来,人们在更像我们太阳的恒星周围发现了行星,这些“正常”的恒星在其核心中稳定地将氢聚变成氦。但是,大自然再次给我们出了一个难题:这些行星是气体巨行星——臃肿的世界,主要由气体组成,如木星和土星,没有固态表面可言——它们离恒星太近,以至于被烤到一千多度的高温。我们称这些行星为“热木星”, 尽管根据任何人的定义,它们都符合行星的标准,但它们是行星中最不像地球的。

最终,天文学家发现了围绕恒星更远轨道运行的行星,它们处于合适的距离,并接收到适量的光和热,有可能在其表面拥有液态水——如果它们有表面的话。事实上,其中一些恰到好处的行星比典型的类木巨行星小,并且可能是像地球一样的岩石世界。以目前的技术,我们无法了解更多关于它们的尺寸和质量的信息,但这可以用来找到它们的密度,这很重要。铁比岩石密度大得多,岩石比水和空气密度大。因此,原则上,了解一颗行星的整体密度可以告诉您它更像地球还是木星。很方便。

随着时间的推移,人们发现了更多类似的行星,并且统计数据得到了更新。例如,2013 年,看起来多达六分之一的恒星拥有一颗地球大小的行星。这些世界中的许多对于我们所知的生命来说太热了,但是这个数字被扭曲了,因为行星的发现方式;靠近恒星的行星更容易被发现。随着观测和分析技术的进步,天文学家也发现了更冷的行星,但即使在今天,这些行星仍然难以探测。

直到最近,天文学家还遗漏了行星谜题的另一个重要组成部分:红矮星。这些轻量级恒星的质量最高可达太阳质量的一半左右。它们也比太阳更小、更冷、更暗淡;有些的亮度不到太阳的 1%。如果用一颗这种大小的红矮星取代太阳,地球就会像冥王星一样冻结成固体。

这些特性使它们难以研究。它们很暗淡。全宇宙离太阳最近的恒星,比邻星,是一颗相当典型的红矮星,但它太暗淡了,你需要一台像样的望远镜才能看到它(而且已知它至少有两颗行星)。

但是不要将它们微弱的性质与缺乏地位混淆;它们是银河系中最常见的恒星类型,数量超过所有其他恒星的两倍以上。相比之下,太阳是一个罕见的庞然大物,质量排名前 20% 的恒星。

2008 年,MEarth 项目(发音为“mirth”,因为天文学家有时可能很异想天开)启动,使用小型望远镜研究了 1200 颗红矮星,以寻找行星的明显迹象。2009 年,MEarth 发现了它的第一颗系外行星:GJ1214b,一颗超级地球——一颗比地球大但比海王星小的行星——围绕着附近的红矮星 GJ1214 运行,距离地球约 47 光年。

从那时起,人们发现了更多围绕红矮星运行的类地系外行星。在 2023 年 2 月,《天文学与天体物理学》杂志上发表了一项新的研究,专门研究非常靠近太阳的红矮星;他们观测了距离我们约 30 光年内的所有暗淡红矮星的四分之三,总共近 350 颗这样的恒星。发现了 33 颗新行星,也探测到数十颗先前发现的行星。

例如,在新调查中发现的一颗特别的行星被称为 Wolf 1069b。它围绕着一颗非常小的红矮星运行,只有太阳质量的六分之一。这颗行星可能与地球大小差不多,但质量稍大一些。这令人鼓舞。

更棒的是,它在离恒星约 1000 万公里的距离上运行。这很近——只有地球到太阳距离的十五分之一——但请记住,我们这里说的是红矮星,而且是一颗特别小的红矮星。这颗恒星的亮度只有太阳的 2% 左右,因此这颗行星获得足够的热量将其加热到零下 20 摄氏度左右。当然,这很冷,但请注意,这是指它没有大气层的情况。如果没有大气层,地球也会是差不多的温度!但是我们的大气层会捕获热量,使水在大部分地表保持液态。Wolf 1069b 也可能是这种情况。我们只是不知道。

这颗行星距离我们只有 30 多光年,这意味着围绕极小红矮星运行的地球大小的行星很常见;银河系直径为 12 万光年,因此如果这样的行星很罕见,您就不会期望在如此近的地方找到一颗。

这引出了这项调查更普遍的——在我看来,更令人敬畏的——结果:通过观察如此多的恒星,他们发现样本中每颗恒星的平均行星数量约为 1.4 颗,并且大约 94% 的恒星拥有行星。换句话说,几乎所有红矮星都有行星,而且有行星的红矮星往往有多颗行星围绕它们运行

在本次调查之前,人们普遍知道所有恒星都是如此——毕竟,太阳有八颗行星——但这项新工作使用附近的红矮星,将这种知识更坚定地扩展到更低的恒星质量范围,这些红矮星以前太暗淡而难以轻易观察。而且,由于它们普遍存在,这意味着红矮星可能拥有的行星比银河系中所有其他类型的恒星加起来还要多!令人印象深刻,尤其是对于如此昏暗的星体而言。

我们离曲速引擎还很遥远,但我们已经在编制一份令人印象深刻的潜在目的地清单,以便在未来的航行中大胆前往。而且我们不仅在发现这些行星方面做得越来越好,而且在更多地了解它们方面也做得越来越好。它们有大气层吗?有氧气吗?有水吗? 

生命?

目前,我们不知道。但是我们将继续大胆地探索这些奇异的新世界,直到我们知道为止。

这是一篇观点和分析文章,作者或作者表达的观点不一定代表《大众科学》的观点。

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