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
类地行星真实存在。这就是今天激动人心的公告所传达的信息,即一颗大小与地球相近的行星位于其恒星的宜居带——恒星周围温度适宜,液态水可能存在的区域。“对我而言,其影响在于证明这类行星确实存在,” 哈佛-史密森天体物理学中心的的天文学家大卫·查博诺在接受Nature《自然》杂志采访时表示。
人们普遍认为,最有可能孕育生命的行星是那些最像地球的行星。毕竟,我们的家园是宇宙中唯一已知能够庇护生命的地方。从我们这唯一的样本出发,我们向宇宙深处探寻,寻找可能反映我们星球如此肥沃的基本特征的地方。
不幸的是,发现遥远的行星非常困难,以至于我们只能辨别出关于任何潜在邻居的最基本信息。以新发现的类地系外行星开普勒-186f为例,天文学家知道它的大小(约为地球半径的1.11倍)、公转周期(130个地球日)以及它接收到的太阳辐射量(约为地球从太阳接收到的32%)。其他问题——它是由什么构成的?它有大气层吗?它的表面有多热?——我们只能间接地回答,甚至可能根本无法回答。换句话说,我们无法得知开普勒-186f的表面是否支持零到100摄氏度的适宜游泳的温度。
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但是我们可以反过来思考行星的宜居性问题。与其假设最适合生命生存的行星是围绕类太阳恒星运行的地球大小的球体,我们可以问,如果我们从零开始建造一颗行星,并明确目的是为生命的起源和进化成功搭建舞台,那么这颗行星可能具有哪些特征。什么样的简单开端最能孕育生命无穷无尽的美丽形态?
答案是,它并非地球的精确副本。天文学家最近开始思考“超宜居”行星的可能性——这种行星拥有地球上所有生命所需的特征,甚至更多。这样一个世界的特征性标志是什么?正如天文学家勒内·海勒和约翰·阿姆斯特朗在最近的一篇论文中描述的那样,这些行星将比地球略大——最多可达地球半径的两到三倍。这些“胖地球”可能拥有更强的磁场屏蔽太阳辐射;更活跃的构造活动,这意味着更多的火山向大气中喷射二氧化碳;由更大的表面重力维持的更厚大气层;以及更多的表面积供生命栖息。
卫星也有好处。正如李·比林斯在我们一月份的故事《遥远卫星上寻找生命》中描述的那样,围绕遥远行星运行的卫星可能会产生潮汐加热效应——卫星的轨道拉伸和收缩行星,足以产生摩擦热力,即使行星在其恒星宜居带之外运行,也能使其适宜居住。然而,发现卫星比发现行星本身要困难得多。(一些勇敢的天文学家正在研究这个问题。)目前,我们可以可靠地搜索的唯一特殊行星属性是像开普勒这样的航天器可以辨别的属性:大小和与恒星的距离。当然,还有恒星本身的样子。
就此而言,行星开普勒-186f可能是一个赢家。它所环绕的恒星——开普勒186——是一颗矮星,比我们的太阳更暗更小。这些恒星的燃烧不如我们的太阳剧烈,这意味着它们的核燃料可以持续数十亿年之久——为进化提供额外的数十亿年时间来发挥作用。
开普勒-186f的半径比地球大11%,并且围绕一颗寿命极长的矮星运行,它作为地球的孪生行星可能被低估了。它可能是我们发现的第一个超宜居世界的例子。
图片来源:美国国家航空航天局艾姆斯研究中心/SETI研究所/加州理工学院喷气推进实验室