本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点。
天文学家可能只需几年时间就能首次在太阳系外发现“地球双胞胎”,也就是一颗大小与地球大致相当,且在与类太阳恒星的适宜温度距离上运行的行星。 这一想法是,在太阳系外找到“地球”可能只是寻找外星生命的第一步。地球非常适宜生命形式生存,因此也许类似的行星也可能适宜居住。
美国宇航局的开普勒探测器正在引领这项探索,并且已经探测到了一些看起来非常像地球的行星的迹象,至少从开普勒遥远的有利位置来看是这样;还需要几年的观测才能证实这些初步的发现。该探测器正在监测超过15万颗恒星,以确定类地世界在类太阳恒星周围形成的频率。
关于支持科学新闻事业
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻事业: 订阅。通过购买订阅,您将有助于确保未来能够继续讲述关于塑造我们今天世界的发现和思想的具有影响力的故事。
但是,就宜居性而言,类太阳恒星可能不是唯一的选择。在《天体物理学杂志通讯》4月20日刊登的一项研究中,西雅图华盛顿大学的天文学家埃里克·阿戈尔提出了一个观点,即可居住的系外行星也可能在围绕着宇宙中大量存在的致密恒星遗迹——白矮星——运行。 阿戈尔指出,如果可居住的世界确实存在于白矮星周围,那么用地球上中等尺寸的望远镜就可以探测到它们,而寻找类太阳恒星周围的类地行星则需要像开普勒这样的太空望远镜,美国宇航局为此花费了6亿美元。
开普勒探测器寻找恒星亮度中微小的周期性下降,这可能是由于行星从恒星表面经过并阻挡了部分星光造成的,这是一种称为凌星的现象。 但是,这些下降非常细微——类地行星在类太阳恒星前方凌星会使恒星亮度降低约 0.01%。 对于更致密的白矮星,类地世界将遮挡更多的光线。 阿戈尔计算得出,一颗处于潜在宜居轨道上的“地球双胞胎”在凌星期间将阻挡白矮星发射光线的近 50%。 即使使用地面一米望远镜,也可以探测到如此大的变化。 另一方面,对于围绕类太阳恒星运行的真正“地球类似物”来说,0.01% 的下降只能从太空才能识别,才能摆脱地球大气层扭曲、湍流的遮蔽。
问题是,可居住的行星真的可以在白矮星周围存在吗? 行星必须非常靠近白矮星(白矮星已经耗尽了核燃料并且非常暗淡),才能获得足够的热量来维持其表面上的液态水。 这本不是问题——开普勒和其他系外行星搜索已经发现了许多轨道非常紧凑的行星——但问题是,在恒星变成白矮星之前,它会膨胀成红巨星并吞噬附近的所有行星。(这可能是几十亿年后太阳变成红巨星时地球可能面临的命运。) 也许行星可以在膨胀的红巨星退化成更小的白矮星后重新形成,或者也许足够遥远以逃脱焚毁的行星可以在红巨星阶段结束后向内迁移。 阿戈尔认为,如果这些行星能够占据与白矮星距离合适的轨道——大约是地球与太阳之间距离的 0.5% 到 2%——它们可能会有数十亿年的温和、潜在宜居的条件。
一个更疯狂的想法是,暗物质而不是星光可以提供足够的热量使行星变得适宜居住。 在3月25日发布在物理学预印本网站arXiv.org上的一篇论文中,伊利诺伊州巴达维亚市费米国家加速器实验室的丹·胡珀和杰森·斯特芬指出,宇宙中富含暗物质区域的大型行星可能会通过引力捕获大量暗物质粒子,这些粒子会在接触时相互湮灭。 基于对暗物质行为的一些乐观假设——请记住,没有人真正知道它是什么——暗物质湮灭释放的能量可以提供稳定的热源,从而可能使液态水在这种行星的表面持续存在。 胡珀和斯特芬写道:“在这些罕见的行星上,可能是暗物质而不是主恒星的光线使生命有可能出现、进化和生存。”
目前,天文学家还有大量工作要做,以跟进开普勒探测器提供的关于普通恒星周围可能存在行星的线索。 但即便如此,新的研究也有助于说明,我们并不真正了解是什么决定了行星的宜居性边界。 由于只有一个可居住世界的例子——我们自己的地球——可以借鉴,因此首先寻找类地行星是有道理的。 但是,在我们浩瀚的宇宙中,可能存在几乎难以想象的因素组合,这些因素也可能使其他类型的世界变得适宜居住。
球状星团 M4 中古老白矮星的照片:美国宇航局和 H. Richer(不列颠哥伦比亚大学)