对于在天空中 खोज 寻其他类地行星——其他生命世界的科学家来说，最光明的希望可能是一颗安静的恒星，它太暗淡以至于肉眼看不见，这是一颗温和而孤独的红矮星，名为 LHS 1140，位于南方星座鲸鱼座中，距离地球仅 40 光年。在那里，一个国际天文学家团队发现了一个世界，虽然不是地球的孪生兄弟，但肯定可以算作近亲。
LHS 1140 b 是一颗“超级地球”，一颗比我们地球大但比海王星小的行星，也是人们认为在我们星系中最常见的行星类型。然而，许多曾经的超级地球已被证明是无法居住的“迷你海王星”，它们被厚厚的 газовый 层窒息。这个世界是不同的。它仅比地球大不到 50%，但重量却是地球的六倍多，其尺寸表明它必定是一个岩石和金属球，可能具有稀薄且相对类似地球的大气层。它的 25 天轨道使它比地球离我们的太阳近 10 倍，但 LHS 1140 的亮度如此微弱，以至于它的行星仅吸收我们地球接收到的恒星光的一半——似乎刚刚足以维持其表面存在生命之源液态海洋的可能性。由于它靠近恒星，这个外星世界很可能被潮汐锁定，永远将同一面朝向它的太阳，就像月球对地球一样，使其远侧处于 постоянный 黑暗之中。据估计，这颗行星和恒星至少有 50 亿年的历史——也就是说，比我们的太阳系大约老 5 亿年。
最重要的是，从地球上看，每个轨道都会使这个温带、岩石世界“凌日”穿过其恒星的表面——这种幸运的排列使天文学家能够比迄今为止在我们的太阳系之外发现的任何其他潜在宜居世界更仔细地观测这颗行星。凌日行星高层大气中的 молекула 会吸收一部分穿过的星光，在全球周围形成一个稀薄的光环，天文学家可以研究这个光环，以了解其外星空气中的成分。在未来几年，天文学家将使用这种技术和其他技术来 खोज 寻 LHS 1140 b 上可能存在的任何生物圈，有可能揭示氧气和其他大气 газовый 的迹象，这些 газовый 在地球上构成了生命的字面意义上的呼吸。这颗行星的发现详述于发表在《自然》杂志上的一项研究中。
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“LHS 1140 b 是在不久的将来 खोज 寻生命迹象的最佳候选者，”该研究的合著者、哈佛大学天文学家戴维·查博诺说，他领导着 MEarth 项目，这是一个由小型望远镜组成的全球网络，首次观测到这颗凌日行星。（“MEarth”中的“M”代表“M 矮星”，这是一个技术术语，指质量约为太阳质量 30% 或更小的红矮星。这类恒星是我们星系中最常见的类型，也是最适合研究行星的类型。）“这是我们第一次发现一颗岩石行星，它为我们提供了 खोज 寻氧气的机会，”查博诺补充道。“这真的是我们一直在 खोज 寻的那颗行星。”
这颗 долгожданный 行星也几乎被遗漏了。MEarth 在南半球的望远镜阵列，位于智利的塞罗托洛洛美洲际天文台，在 2014 年 9 月首次捕捉到 LHS 1140b 凌日的初步迹象。MEarth 团队成员兼主要研究作者贾森·迪特曼，当时是哈佛大学的研究生，带头努力证实和研究这颗潜在的行星。在接下来的两年里，这颗行星的证据逐渐增多，MEarth 团队获得了由第二组天文学家运营的欧洲南方天文台位于智利的 HARPS 仪器的帮助——这是世界上首屈一指的行星 खोज 光谱仪。HARPS 不是 खोज 寻凌日，而是通过行星对其恒星施加的周期性引力摆动来 खोज 寻行星。这种缓慢而艰苦的技术可以估计行星的质量。“MEarth 检测到一个凌日事件，但只有一个，而且信噪比很低，因此他们不能完全确定它是真实的，”该研究的合著者、日内瓦大学天文学家泽维尔·邦菲尔斯说，他负责 HARPS 对红矮星的调查。“但他们从未向我们传递过误报，因此我们认为这是一个非常可靠的候选者，并开始了密集的观测活动。”
通过结合 HARPS 和 MEarth 的观测结果，研究小组最终预测，这颗假定的行星的凌日将在 2016 年 9 月 1 日从夏威夷和澳大利亚的设施中观测到。但在指定的夜晚，恶劣的天气阻止了六台望远镜中的五台观测恒星。只有一位观测者，业余天文学家兼研究合著者谭天冠，成功地使用位于澳大利亚珀斯郊区的一台小型望远镜观测到了凌日。那天晚上，谭向 MEarth 团队发送了一封简洁的电子邮件，报告了他的成功：“凌日出射发生在 ~HJD +7633.12。深度约为 5 mmag。”也就是说，谭记录到 LHS 1140 因凌日行星而变暗了仅千分之五——他说，这相当于“观测到一粒沙子在 400 公里外的一根蜡烛前移动所引起的光线变暗”。
掌握了行星的轨道周期后，随后使用 MEarth 和 HARPS 进行的观测迅速确定了对其大小和质量的估计，揭示它是一个巨大的、岩石的且非常值得注意的世界。
行星的意外收获
人们可能会原谅那些认为行星 खोज 者有些困惑的人。每个月似乎都会出现一个新的“地球 2.0”的主要候选者。但并非所有潜在宜居世界都同样有希望进行后续研究。
例如，自 2009 年发射以来，美国宇航局的开普勒太空望远镜已经在我们的星系中发现了大约十几个凌日其他恒星的潜在宜居世界。然而，开普勒的发现距离地球数千光年——太远了，无法对其进行更细致的宜居性和生命迹象的详细审查。相反，去年天文学家在太阳最近的邻近恒星——红矮星比邻星周围发现了一颗潜在的宜居地球大小的行星 Proxima b，距离地球仅四光年多一点。但与大多数其他已知的附近世界一样，Proxima b 似乎没有凌日现象，这意味着更深入的研究可能会推迟数年，因为天文学家正在开发实际拍摄其照片的技术。
今年早些时候，行星 खोज 者在 TRAPPIST-1 系统中获得了意外收获，该系统至少有七颗地球大小的行星凌日另一颗红矮星，TRAPPIST-1 与 LHS 1140 一样，距离地球约 40 光年。研究人员仔细研究了每颗凌日行星的阴影，以确定其大小，甚至设法通过观察轨道行星如何相互拉扯以微妙地改变其凌日的时间来估计其中一些行星的重量。然而，这些研究产生了喜忧参半的结果——查博诺说，TRAPPIST-1 的世界可能是岩石世界，也可能被厚厚的水、冰或 газовый 层淹没或窒息。即便如此，由于它们确实会凌日，因此使用美国宇航局即将发射的红外詹姆斯·韦伯太空望远镜或在建的地面 30 米反射镜望远镜的天文学家将能够通过研究其大气层的构成来更多地了解 TRAPPIST-1 的行星。但是，尽管 TRAPPIST-1 与 LHS 1140 距离地球相同，但它是一颗小得多、更暗的“超冷”红矮星——实际上，小而暗淡到可以被称为恒星。它向地球发出的微弱光线不足以支持对大气氧气的有力 खोज 索。
即使 TRAPPIST-1 足够明亮，可以对其行星进行氧气迹象的研究，但这颗恒星也给 खोज 寻生命的 астроном 带来了其他问题。与所有红矮星一样，它经历了一个动荡的青年时期，在此期间，它在缓慢收缩到当前大小时，亮度要高得多。这个形成时期可能持续了十亿年，很可能使它的行星随从变得焦土和无气——或者笼罩在几乎纯二氧化碳的压迫性、干旱的大气层中，这是由于金星式的失控温室效应。即使在 आज ，这颗恒星仍然非常活跃，并以侵蚀大气层的 X 射线和紫外线辐射沐浴其行星。相比之下，人们认为 LHS 1140 的形成阶段要短暂得多，只有 4000 万年，并且现在是一颗相对静止的恒星。“现在最大的问题是：‘哪颗行星能够抵抗恒星加热和侵蚀而保留其大气层？’”邦菲尔斯说。“围绕像 LHS 1140 这样安静的恒星，机会似乎更高。”
LHS 1140 b 的巨大体积，其发现者说，可能提供额外的优势。这颗行星强大的引力场可能使其能够保留更多的大气，以抵抗恒星的侵袭。即使它确实失去了原始大气层，或者在其恒星最初 4000 万年的行星灼烧亮度期间遭受了失控温室效应，但那时它的地壳和地幔可能仍然是熔融状态，形成了一个行星岩浆海洋，可以作为挥发性气体的水库。随着岩浆冷却，它可以释放这些气体来补充行星的大气层和水资源。
迪特曼说，一起研究这两个行星系统可能会产生关于潜在宜居世界如何在红矮星周围保持或失去其大气层的关键见解。“在 TRAPPIST-1 和 LHS 1140 b 之间，我们有机会比较一颗被活跃的超冷矮星的强烈辐射沐浴的行星和一颗围绕着更平静、更稳定的恒星运行的行星，”他解释说。“这将让我们提出并回答一些有趣的问题。”与此同时，他说，MEarth 团队对 LHS 1140 的计划“非常简单：我们将用我们所拥有的一切来攻击这个系统。”
万众瞩目
该团队已经在使用额外的观测结果敲击该系统，几乎每晚都用 HARPS 测量轰击恒星几个月，希望确定行星的真实质量，并了解系统中是否潜伏着其他世界。美国宇航局哈勃太空望远镜的观测正在测量恒星的多少紫外线照射到行星上，以更好地了解其生命前景。美国宇航局哈勃望远镜和另一架太空望远镜钱德拉 X 射线天文台的其他待批准观测可能会揭示该世界接收到多少高能辐射，从而进一步阐明其支持生命的能力。
今年秋天，该团队希望在一个晚上接管智利的大部分世界一流望远镜，在 10 月 26 日使用双子 6.5 米麦哲伦望远镜以及构成欧洲南方天文台甚大望远镜 комплекса 的八个 8 米天文台中的三到四个来监测行星的凌日。这些观测将 खोज 寻探测行星的大气层——或至少证实它缺乏厚厚的、窒息生物圈的 газовый 包层。
但最好的信息将在本十年晚些时候和下个十年初期到来，届时美国宇航局的韦伯望远镜将于 2018 年发射，地面 30 米超大型望远镜将于 2020 年代首次亮相。韦伯在光谱的红外部分运行，可以 खोज 寻 LHS 1140 b 大气层中二氧化碳、水蒸气、甲烷和其他 газовый 的迹象。诸如在建的巨型麦哲伦望远镜 (GMT) 等地面设施可以在行星反射的可见光中 खोज 寻大气氧气。查博诺说，结合来自韦伯和 GMT 的数据，可以使 астроном 区分潜在的生物来源的氧气（例如光合生物）和 газовый 的非生物产生途径， газовый 可以通过失控温室条件大量产生。“信息是我们确实需要韦伯和类似 GMT 的东西，”查博诺说。“GMT 可以探测到氧气，这将告诉我们那里真的可能存在生命。但要了解氧气的来源，您必须去测量其他大气 молекула ，而这些分子将属于韦伯的领域。”
正在为发射做准备的韦伯天文台的天文学家已经在计划对这颗新行星进行观测。“只有时间会告诉我们答案，但我不会感到惊讶的是，LHS 1140b 将成为韦伯在其整个生命周期中最受研究的行星之一，”蒙特利尔大学天文学家、加拿大为韦伯建造的 NIRISS 仪器的首席研究员雷内·多永说，NIRISS 仪器经过优化，可用于研究行星大气层。多永已经分配了 NIRISS 宝贵的观测时间来研究该系统，他称之为韦伯的“梦想目标”。
迪特曼（他后来搬到了麻省理工学院，在那里他是一名博士后研究员）思考着将他科学事业的数年——甚至数十年——投入到研究这颗新发现的行星的前景，偶尔会怀疑这项投资是否会成功。红矮星和超级地球分别是星系中最丰富的恒星和行星，当它们聚集在一起形成一个凌日系统时，它们为 астроном 提供了使用当前或近期技术的丰富观测可能性。但它们也非常陌生，给希望了解它们及其生命前景的观测者带来了无数独特的挑战。目前，对更熟悉的 территории ——围绕着更稀有、更大的恒星（如我们的太阳）运行的较小行星的研究要困难得多，突破性成果可能还需要数十年才能实现。
“由于红矮星的丰富性和我们现有的技术，我们被推向了[红矮星]。但你知道，我们每天都走到外面，那里有一颗漂亮的黄色恒星，为我们闪耀，”迪特曼沉思道。“奇怪的是，想知道为什么我们不围绕宇宙中最常见的恒星类型之一运行——也许是因为它们对生命来说不是那么好。这在每个人的脑海中——当然也在我的脑海中。再说一次，也许生命在这些恒星周围没有问题。重要的是，我们现在正处于发现和研究这些行星的阶段，例如 LHS 1140 b 和 TRAPPIST-1 的行星——以及更多即将到来的行星——以便我们可以用实际数据来应对所有这些假设。所以这就是我们要去的地方。10 年后我可能会食言，但 10 年后我也会占用大量的望远镜时间。”