尋找宜居系外行星，就意味著尋找“地球2.0”?

我們的銀河系中大約有數(shù)十億顆恒星。如果每顆恒星都至少有一顆行星，銀河系中將有1000億至4000億顆行星。這當(dāng)中是否有類似地球的行星？在那上面是否有像人類一樣的智慧生命？這一直是天文學(xué)家探尋的目標(biāo)。

很長時間里，我們對行星的認(rèn)識僅局限于太陽系內(nèi)的八大行星，直到1995年，天文學(xué)家才第一次發(fā)現(xiàn)了圍繞一顆類太陽恒星公轉(zhuǎn)的系外行星——飛馬座51b。不過在此后20年，人類發(fā)現(xiàn)的系外行星總數(shù)超過了4000顆，其中與地球相似的超級地球尤其引人注目。

3月5日，《科學(xué)》雜志上的一篇論文報告說，天文學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了一顆超級地球，名叫Gliese 486b。難得的是，這顆超級地球上仍然保留著大氣成分，使得它沒有那么熾熱，并且成為天文學(xué)家進行行星大氣研究的理想之地。有大氣的超級地球Gliese 486b 是一顆巖質(zhì)行星，質(zhì)量為地球的2.8倍，半徑為地球的1.31倍，相當(dāng)于一顆超級地球。它的“太陽”是一顆紅矮星，Gliese 486b 圍繞著這顆紅矮星，公轉(zhuǎn)半徑僅為250萬公里，是目前發(fā)現(xiàn)的公轉(zhuǎn)軌道最靠近恒星的系外行星之一。與之相應(yīng)，它的公轉(zhuǎn)周期非常短，只有1.5天，是超級地球的短周期版本，非常特別。距離恒星越近，行星受到近日物質(zhì)的干擾會更嚴(yán)重，紅矮星上爆發(fā)的耀斑也會直接作用在行星上，導(dǎo)致行星表面環(huán)境變得慘不忍睹。在如此惡劣的情況下，行星的大氣物質(zhì)往往會剝離、丟失，變得像彗星一樣，一邊公轉(zhuǎn)一邊拖著自己丟失的大氣尾巴。但 Gliese 486b 還保留著由氫氣和氦氣構(gòu)成的大氣層，因而非常具有研究價值。

過去數(shù)年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的大多是短周期的氣態(tài)行星，而 Gliese 486b 是像地球一樣的巖質(zhì)行星。借助它，我們能夠研究在距離恒星如此近的軌道上，類地行星是如何丟失大氣物質(zhì)的，以及在剝離大氣之后，行星表面會發(fā)生什么樣的變化。事實上，這正是地球未來的命運，隨著太陽進入紅巨星階段并向外膨脹，地球?qū)⒈粍映蔀檫@樣一顆短周期行星。因此，看到Gliese 486b，就像是看到地球命運的預(yù)演。

超級地球Gliese 486b的表面可能流淌著火山熔巖。RenderArea

它會是宜居行星嗎？

Gliese 486b 行星的表面溫度預(yù)計為430°C，不算太熱，比金星的表面溫度還要低一些。但對于我們所理解的生命形式而言，還是太過炙熱。相比于其他短周期行星，Gliese 486b的表面溫度其實已經(jīng)算是偏低的。比如距離地球41光年的巨蟹座55E系外行星，表面溫度達到了2300°C。Gliese 486b的溫度之所以比較低，可能正是受到大氣層的影響，這也是它值得被研究的一個關(guān)鍵原因。

事實上，目前在冊的幾乎所有短周期系外行星都不適合宜居。

首先，它們公轉(zhuǎn)軌道半徑太小，會受到主星的深度影響，最直接的干擾就是表面溫度極高。

其次，短周期系外行星絕大部分可能被潮汐鎖定，一面永遠(yuǎn)朝向恒星，溫度極高，另一面則背向恒星，永遠(yuǎn)處于黑暗中，就像月球只有一面朝向地球那樣，結(jié)果不僅溫度極端，光照條件也非常極端，對整個行星的大氣循環(huán)極為不利。

第三，恒星的耀斑會直接作用到行星上，在面向恒星的一面產(chǎn)生強烈的電磁輻射，對我們所理解的生命形式極為不利。由此可見，超級地球 Gliese 486b 實際上并不宜居。那么宜居到底意味著什么呢？或許不單單是找到另一個地球那么簡單。

開普勒452b也是一顆超級地球，是最像地球的行星之一。但超級地球并不必然適宜人類居住。NASA/Ames/JPL-Caltech

宜居就意味著尋找“地球2.0”？

說到宜居的系外行星，我們想象的一般是“地球模式”。它滿足以下一些基本條件：首先，恒星表面溫度合適，且壽命較長，有足夠的時間讓生命演化。其次，行星需要處于恒星周圍的宜居帶上，不冷不熱，允許水以液態(tài)形式存在。此外，行星軌道要足夠穩(wěn)定，不能無緣無故就受到天體撞擊，導(dǎo)致生命滅絕?；揪褪且业揭粋€個“地球2.0”。畢竟我們目前所知的是，像地球這樣的行星確實可以孕育生命。

人類如果想要為未來星際移民尋找目的地，大概也要按這樣的標(biāo)準(zhǔn)不斷搜尋。可是如果要通過層層條件的篩選，我們會發(fā)現(xiàn)宜居的系外行星少之又少，僅恒星類型這一點就淘汰了銀河系內(nèi)90%的恒星。

不過我們可以退一步想想，宜居行星就必需像地球一樣嗎？比如，我們通常認(rèn)為，水是生命不可缺少的重要成分，但生命真的需要水么？它們必須是碳基生命嗎？甚至，其所在行星一定需要太陽輻射來獲得能量嗎？或許并不一定。

在宇宙的極端環(huán)境中，可能生存著超出我們理解范圍的生命形式，就像科學(xué)家曾經(jīng)在地球的深海熱泉口發(fā)現(xiàn)一個全新的生機勃勃的生命世界一樣。隨著系外行星探測技術(shù)的進步，在未來，無論是宜居行星，還是超級地球，都會越來越多。

人類或許需要擴展自己的想象力，明白宜居行星未必能孕育生命，而不在宜居帶的星球上，也可能寄居著奇特的外星生命。畢竟，在銀河系的大約數(shù)十億顆恒星中，有些恒星像太陽一樣，有多個行星圍繞著運轉(zhuǎn)，有些時候則是一個行星繞著兩顆恒星旋轉(zhuǎn)——在這些星球上，即使影子也不會孤獨。所以，誰知道宇宙的可能性有多寬廣呢？

系外行星Kepler-16b圍繞著兩顆恒星公轉(zhuǎn)，在那里，影子也不會孤獨。

編輯｜陳天真

參考鏈接https://science.sciencemag.org/content/371/6533/1038https://physicsworld.com/a/super-earth-is-astronomers-dream-for-atmospheric-studies/

文章由“科普研習(xí)社”（ID：cspbooks）公眾號發(fā)布，轉(zhuǎn)載請注明出處。