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地外行星新发现:在这颗距离我们约110光年的“超级地球”的大

2019-11-23 17:15:01 阅读:2945
想要探测太阳系外行星大气层的成分并不容易。随着探测仪器的不断进步,现在人类已经有能力探测“超级地球”的大气层成分——目前还没有关于“超级地球”非常严格的定义,大致是指质量在地球和海王星之间、与地球类似

本文发表在2019年第38期《三联生活周刊》上,原标题为“雨云110光年”。严禁未经许可转载,侵权行为必须受到调查。

伦敦大学学院行星科学家安吉洛斯·查拉斯

世界各地的行星科学家对这一最新发现极为兴奋。这一发现不仅向人类展示了前所未有的外部世界,也展示了无限的可能性。这个发现是关于液态水的。人类有可能首次在太阳系以外的行星上发现雨云。

2019年9月11日,《自然天文学》杂志发表了伦敦大学学院行星科学家安格罗·齐阿拉斯(angelos tsiaras)的论文:“位于可居住区的八颗地球质量行星k2-18 b的大气中的水蒸气”(“可居住区八颗地球质量行星K2-18B的大气中的水蒸气”)。这篇论文立即在全世界引起了轰动。

一篇论文引起了人们无尽的联想,因为它包含了无尽的可能性。这不是人类第一次在外星星球上发现水的痕迹,但这是第一次在可居住区发现大气层中有水的星球。所谓的“可居住区”是指恒星周围的一个区域,围绕恒星运行的行星的表面温度允许液态水存在,因为它们从恒星接收到适当的能量辐射。

水是生命的源泉。以地球为参照,液态水的存在使生命成为可能。名为“k2-18 b”的狮子座行星距离地球约110光年,围绕一颗小型红矮星运行。它恰好在这颗恒星的可居住区,这表明它的表面可能有液态水,在其充满氢的大气包裹下可能有生命现象。

探测太阳系外行星的大气成分并不容易。人类以前也在巨大气态行星的大气中发现了水分子的痕迹。行星越小,探测其大气成分就越难。随着探测仪器的不断改进,人类现在能够探测到“超级地球”的大气成分——目前还没有非常严格的“超级地球”定义,它大致是指质量介于地球和海王星之间、与地球相似的行星。

k2-18 b行星是一个超级地球。它的半径大约是地球半径的2倍,质量大约是地球的8.9倍。它每32.9个地球日绕恒星运行一次,离恒星的距离是地球和太阳的0.14倍。Nasa科学家在2015年利用开普勒太空望远镜发现了这颗行星。人类立即对这个星球进行了持续的观察。

当行星在恒星和地球之间运动时,来自恒星的光穿过行星的大气层到达地球,频率发生变化。从地球上看,恒星光线的颜色已经改变了。伦敦大学学院的一组科学家分析了哈勃太空望远镜和斯皮策太空望远镜在2016年至2017年间对k2-18 b行星的数据。科学家开发了一套算法来分析行星穿过它们的恒星表面时从恒星射向地球的光线的频率变化,从而分析了k2-18 b行星的大气成分,在分析了k2-18 b行星在恒星表面飞行八次所引起的光线变化后,科学家得出结论,k2-18 b行星的大气不仅含有大量的氢和氦,而且还含有水分子。

此外,有观测证据表明,k2-18 b行星大气中的水分子可能正在凝结成液态水——也就是说,科学家们可能已经观测到离地球110光年远的雨云。这些大气中的水分子将形成雨水,落在地球表面,然后转化为水蒸气,重新进入大气。这可能是人类第一次观察到太阳系外的水循环系统。这对寻找外星星球,甚至外星生命都具有重要意义。

事实上,根据现有的证据,仍然很难确定k2-18 b行星的大气层中是否有云,伦敦大学学院的科学家提出了三种可能性:一是该行星的大气层中没有云,20% ~ 50%的气体是水蒸气;另外两种可能性是行星大气中有云,其中水蒸气的含量占大气中气体含量的0.01% ~ 12.5%。

如果在太阳系外恒星的可居住区发现了一个超级地球,并且大气中存在水,下一个问题自然是,这个星球上有生命存在的可能性吗?目前,这个问题没有明确的答案,科学家对此有不同的看法。在外星星球表面发现水已经是一项伟大的成就,但是它不能直接将水与生命现象联系起来。

金星是太阳系的第二颗行星,也位于太阳系的可居住区,曾经在金星的大气层中含有大量的水。但是因为金星离太阳太近,大量的水被太阳风带走,所以它不适合生命。k2-18 b行星可能面临与金星类似的情况。尽管它比地球大,引力也更大,但它受到的恒星辐射比地球强得多。在如此恶劣的环境中是否有生命还需要进一步探索。

为了获得生命的证据,一方面,人类需要更详细地探测k2-18 b行星的大气成分,并检查是否有任何生物排放的气体。另一方面,人类需要找到更多的超级地球,并探测超级地球的更多大气成分。科学家们认为,如果有更多关于超级地球大气层组成的数据,活着的行星自然会脱颖而出,并在像地球这样的所有方面显示出差异。

预计美国宇航局将于2018年发射过境太阳系外行星调查卫星(tess),以便在未来几年找到更多的超级地球。詹姆斯·韦伯太空望远镜将于2021年发射,它还将使用更先进的设备对k2-18 b行星进行更深入的探测,以检查其大气中是否含有氮和甲烷,以及其他可能从生物体中释放出的气体痕迹,从而判断生物体是否存在。

欧洲航天局(欧空局)计划在2028年发射阿里尔太空望远镜,预计该望远镜将发现数千颗系外行星并分析其化学成分。一些天文学家认为,随着人类技术的不断进步,将会发现越来越多的外星行星,对行星的探测将会越来越详细。地球外的生命现象被发现只是时间问题,这也将彻底改变人类对生命的认知。

(这篇文章是参考自然、科学和美国宇航局网站的报告撰写的。)

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