04.04 類地行星+溫度適中+存在液態水,“翻版太陽系”上有生命嗎?

水是生命之源。沒錯,科學家一直在尋找存在水的系外行星。

然而,在Trappist-1星系行星尋找外星生命的夢想又雙叒叕化為了泡影,竟然是因為行星上的水太多。

類地行星+溫度適中+存在液態水,“翻版太陽系”上有生命嗎?

Trappist-1星系行星的藝術概念圖

想象一下,有這樣一個的恆星系統:

行星們彼此靠得很近,站在其中任何一顆星球上,你都能看到比月亮還大的其它星球;同時,行星們還被潮汐鎖住,永遠以同一面朝向母星——它們的一側處於永久性白晝或者黑夜之中。

這些迷人的景象便出現在Trappist-1恆星系統上。Trappist-1是一個與太陽系類似的恆星系統,目前已發現7顆類地行星

遺憾的是,科學家發現這些行星不僅是一個“水世界”,還是一個“超級水世界”。Trappist-1系統行星的水量太多,導致它們缺少生命所需的化學物質,因此它們並不具有適居性

類地行星+溫度適中+存在液態水,“翻版太陽系”上有生命嗎?

Trappist-1星系行星的藝術概念圖

還記得嗎?一年前,Trappist-1系統登上了頭版頭條,被稱之為“聖盃”。

當時,美國航天局副局長托馬斯·楚比興在新聞發佈會上說:“這一發現提示我們,尋找第二個地球不是‘能否’的問題,而是‘何時’的問題。”

Trappist-1是一個行星系統,7顆行星環繞超冷紅矮星Trappist-1——一顆體積略大於木星的矮星。該矮星座位於寶瓶座,據太陽大約40光年。

“Trappist-1”這個名字來自於智利的凌星行星及微行星小望遠鏡,是這架望遠鏡的英文首字母縮寫。2016年,這架望遠鏡發現兩顆Trappist-1系統行星。美國宇航局的斯皮策太空望遠鏡與地面望遠鏡協作,證實了這些發現,同時還發現了其它5顆行星。

類地行星+溫度適中+存在液態水,“翻版太陽系”上有生命嗎?

科學家發現7顆Trappist-1系統行星的溫度都比較適中。這意味著在特定的地質和大氣條件下,7顆行星都擁有允許液態水存在的環境

當時,科學家發現這個系統存在大量類地行星。其中有3顆處在所謂的“金髮姑娘區”,也就是適居區,即它們的軌道與母星之間的距離剛剛好,允許液態水存在

因此Trappist-1星系成為搜尋外星生命的理想所在。

專家們表示由於存在大量水和冰——是地球海洋水量的幾百倍——目前發現的7顆Trappist-1星系行星的質量密度都很低。某些行星的水量在總質量中的比重超過50%。相比之下,地球只有0.02%

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Trappist-1系統藝術概念圖

為了確定Trappist-1星系行星的構成,亞利桑那州立大學和範德堡大學的科學家利用了一個礦物計算器。這個計算器名為ExoPlex,能夠將行星質量、半徑及其化學構成的所有可用信息結合在一起。

計算結果顯示內側行星(b和c)相對“乾燥”,水在總質量中的比重在15%左右,外側行星(f和g)的比重則超過50%。(行星序列見下下張配圖)

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Trappist-1系統藝術概念圖

研究參與者、範德堡大學的娜塔莉·希克爾博士表示:“我們通常認為液態水是一顆行星的生命起點,因為我們已知的地球生物基本上由水構成,生命需要水才能存活。然而,如果一顆行星是一個水世界,或者水上方沒有任何表面,便意味著沒有生命所需的重要化學或者元素循環。好事過頭反成壞事,這就是一個典型例子。”

類地行星+溫度適中+存在液態水,“翻版太陽系”上有生命嗎?

Trappist-1星系行星與水星、金星、地球和火星的對比圖

研究人員發現多冰Trappist-1系統行星與母星之間的距離遠遠不及“冰線”。恆星系統內的冰線是指行星與母星之間的一個特定距離,一旦超過冰線,水會以冰的形式存在。根據研究小組的分析,Trappist-1系統行星一定在距離母星更遠的地方形成,超過冰線,後來才遷移到當前的軌道。

科學家認為Trappist-1e與地球最為接近。它的密度略大於地球,說明星核密度超過地球。與Trappist-1c一樣,它不一定存在厚重的大氣層、海洋或者冰層。

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科學家指出Trappist-1星系行星上的水以何種形式存在,取決於從母星獲得的熱量。Trappist-1的質量只有太陽的9%

要確定哪些行星在冰線以內和以外形成,就要允許研究小組首次對它們的遷移距離進行量化。

由於Trappist-1這樣的恆星在形成之初亮度最高,隨後逐漸減弱,冰線往往隨時間移動。這就像在一個雪夜,逐漸熄滅的篝火周圍的乾地面和被雪覆蓋的地面之間的分界線

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Trappist-1星系行星彼此靠得很近,站在其中任何一顆星球上,你都能看到其它6顆星球的壯觀景象。某些情況下,Trappist-1星系行星看上去要比從地球看到的月亮大

行星向內遷移的具體距離由它們的形成時間決定。

研究論文作者、亞利桑那州大學天體物理學家史蒂文·德施指出:“Trappist-1星系形成的時間越早,形成時與母星的距離越遠,這樣才能擁有大量冰。根據行星形成所需時間的合理假設,Trappist-1系統行星向內側遷移的距離至少是當前與母星間距離的兩倍。”

類地行星+溫度適中+存在液態水,“翻版太陽系”上有生命嗎?

根據研究小組的分析,Trappist-1系統行星一定在距離母星更遠的地方形成,超過冰線,後來才遷移到當前的軌道

Trappist-1亮度很小,適居區與這顆恆星間的距離要比太陽的適居區近很多。7顆Trappist-1星系行星與母星之間的距離都比水星-太陽距離近,但都擁有相對溫和的氣候

它們彼此靠得很近,站在其中任何一顆星球上,你都能看到其它6顆星球的壯觀景象。天文學家指出某些情況下,Trappist-1星系行星看上去要比從地球看到的月亮大。此外,這些行星還可能被潮汐鎖住,永遠以同一面朝向母星。也就是說,它們的一側處於永久性白晝或者黑夜之中。

此研究發現刊登在《自然·天文學》雜誌上。


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