NASA发现两颗 超级地球(由岩石构成的并且围绕着同一颗恒星旋转)

NASA发现了超级地球,而且一次就找到了两个!这个消息非常令人振奋,这是两颗只比地球稍大一些的类地行星,应该是由岩石构成的,并且围绕着同一颗恒星旋转。由于距离我们只有33光年,因而引发了不少网友的讨论:这两颗与地球类似大小的行星上会存在生命吗?如果想坐飞船飞到那里,需要多久呢?


NASA一次找到了两颗“超级地球”

要解答这些问题,咱们先来了解一下什么是“超级地球”。很久以来,科学家就在思考一个问题:拥有水、空气和宜居的温度,从而孕育了无数生命的地球,在宇宙中是独一无二的吗?在观测技术还不那么发达的年代,人们只能看到太阳系以内的行星,却无法发现太阳系以外其它恒星附近的行星,以至于不少人认为只有太阳系才存在行星。


人们一度以为只有太阳系内才存在恒星

但这一推论在20世纪末期被打破,1995年,瑞士科学家第一次发现了一颗围绕其它恒星公转的系外行星——飞马座51b。这是一颗巨大的气态行星,是木星的2倍大,距离我们约50.9光年。由于距离母恒星很近,它的表面温度高达1000℃。

这样的温度,又是气态行星,显然很难提供生命生存的环境。不过,飞马座51b的发现仍然是一项划时代的成就,它打破了太阳系对行星的“垄断”,唤起了人们寻找另一个“地球”的热情,从而掀起了一场探测系外行星的热潮,大量的系外行星被找到。而发现飞马座51b的两位科学家也因此获得了诺贝尔奖。


飞马座51b的想象图

然而令人失望的是,包括飞马座51b在内,科学家后来找到的许多系外行星都是木星那样的气态巨行星。这是由于那时寻找系外行星的方法多采用“视向速度法”:即首先观测一颗恒星的光谱,然后通过谱线的多普勒效应来探测恒星视向速度的变化。

如果这颗恒星的周围存在行星的话,会导致它的视向速度发生轻微的变化,只要探测出这种变化,就能推断出它的周围存在行星!但很显然,行星的质量越大,引起的恒星速度扰动也越大,越容易被发现。对于像地球差不多大小的岩石行星,就很难找得到了。

不过,这个难题随着技术进步迎刃而解。除了视向速度法之外,寻找类地行星还可以采用“凌日法”。它的原理非常简单:当一颗行星从它的母恒星前面经过时,会把恒星遮住很小的一部分,从地球上看就会发现恒星亮度稍微下降了一点。如果这种亮度变化是周期性的,就很有可能证明:这颗恒星拥有一颗环绕它旋转的行星。


凌日法寻找系外行星

这么简单的原理为什么以前没采用呢?因为实现起来很难:行星遮住恒星造成的亮度下降是非常微弱的,需要很灵敏的仪器才能发现。但这个难不倒地球人,进入21世纪后发展最快的就是电子技术,很快就实现了这样的能力。著名的开普勒太空望远镜就是用“凌日法”来寻找类地行星的,它的成果颇为丰硕。

自2009年发射升空以后,开普勒望远镜在太空中工作了9年多,发现了2662颗系外行星,有不少都是类似于地球的岩石行星,甚至连大小都和地球差不多。更神奇的是,开普勒望远镜还发现了不少位于宜居带之内的类地行星。


开普勒望远镜

例如2015年发现的开普勒-452b,这颗行星围绕着一颗亮度和质量都比太阳稍大的恒星运行,距离我们1402光年。行星的直径是地球的约1.6倍,质量有可能是地球的5倍。最关键的是它与恒星的距离不远不近,公转周期385天,十分接近1个地球年。表面温度比较合适,从而有可能形成液态水,也就是位于该恒星的“宜居带”之内。


开普勒452b与地球公转周期十分相似

既然在宜居带内,就无法排除其存在或曾经存在生命的可能性。但由于开普勒-452b距离我们过于遥远,不能直接观测,无法证实它的真实环境是否适合生命生存。开普勒-452b并不是唯一的超级地球,2017年,天文学家发现在一颗名为TRAPPIST-1的红矮星(一种比太阳更小更暗的恒星)附近,竟然存在着7颗类地行星,简直相当于发现了另一个太阳系!

TRAPPIST-1周围的7颗行星中,有5颗的体积与地球接近,另外2颗的大小在火星与地球之间。这7颗中有3颗的轨道位于宜居带内,不能不使人产生关于系外生命的遐想。事实上,随着观测手段的提高,科学家发现在红矮星周围存在类地行星是一件很平常的事,在银河系中一点儿都不稀奇。


TRAPPIST-1拥有7颗类地行星

例如,距离我们最近的恒星比邻星也是一颗红矮星,以往我们只能观察到这颗恒星本身,但现在已经发现它拥有三颗行星:比邻星b、比邻星c和比邻星d,其中比邻星b的质量约为地球的1.3倍,也是一颗超级地球,它的公转周期11天,距比邻星约700万千米,处在宜居带的范围之内。

而2020年NASA通过对已退役的开普勒望远镜数据的分析,又发现了一颗与地球大小极其相似的开普勒-1649C,大小是地球的1.06倍,简直就是一般大。而且它还位于母恒星(一颗红矮星)的宜居带内,公转周期19.5天。


与地球几乎一样大的开普勒-1649C

这次NASA一次发现两颗超级地球,则是TESS(凌日系外行星勘测卫星)的观测成果。这个卫星是开普勒太空望远镜的继任者,性能比开普勒更加强悍。它采用的同样是凌日法,通过周期性的亮度下降发现了这两颗系外行星,大小一个是地球的1.2倍,一个是1.5倍,绕着一颗名为HD260655的红矮星运行。

虽然母恒星比太阳暗,但这两颗行星距离恒星非常近,公转周期分别只有2.8天和5.7天,所以表面的温度很高,达到了435℃和284℃。显然,这样的温度不太可能支持生命的存在。不过,将来可以通过哈勃望远镜、韦伯望远镜等探究这两颗行星的大气层成分,对于研究系外行星还是很有意义的。


TESS(凌日系外行星勘测卫星)

现在咱们回到开始的问题:如果乘坐一艘飞船,需要多长时间才能到达这两颗33光年外的超级地球呢?结论可能让人有些“绝望”。33光年这个数字听起来平淡无奇,因为银河系的直径就有10万光年左右。但这可是需要光线走上33年的距离。大家都知道光的速度是30万公里/秒,33光年换算一下就是312万亿公里。

迄今为止人类发射的速度最快的航天器是“帕克”太阳探测器,由于它的轨道十分接近太阳,所以飞行速度非常快,最快时能够达到70万公里/小时。假设我们的飞船能够以这样的速度,沿着直线飞向33光年外的超级地球的话,需要5万多年才能到达,“黄花菜都凉了”,几乎是一项不可能完成的任务。


帕克是目前速度最快的航天器

那么如果将来能拥有更强大的飞船,实现更快的飞行速度呢?英国人曾经提出过一个脑洞大开的“代达罗斯”计划,设想使用连续不断的氢弹爆炸来推进飞船。代达罗斯飞船的总质量达到了5.4万吨,其中大部分是聚变燃料。

在经过4年的加速后,代达罗斯飞船的最终速度能够达到光速的1/8。这种飞船目前还只能存在于想象中,但即使真的造了出来,要飞行到33光年外也需要264年,这还没考虑到达后如何减速的问题。


代达罗斯飞船

由此可见,以当前人类所能掌握的技术,想要飞到33光年外的超级地球是不可能的,况且它们也太热了,不那么宜居,想要移民过去更是不用考虑。其实那些位于红矮星宜居带内的系外行星,由于离红矮星过近,经常会被潮汐锁定,正面和背面“冰火两重天”,还很容易受到强大的耀斑爆发的袭击,也未必就能拥有生命繁衍所需的条件。


系外行星环境的想象图

不过,科技的发展永无止境,现在人类已经能够发现如此之多的系外行星,不少行星的个头和质地还和地球颇为相似。相信随着技术的发展,未来肯定能够发现更多的超级地球,没准儿就能找到一个各方面条件都能媲美地球的候选行星,那就值得我们以非常严肃的态度来对待了。

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