08.17 開普勒望遠鏡發現確認的首顆宜居帶系外行星——開普勒-22b!

2011年12月美國宇航局宣佈確認首顆於開普勒計劃中發現的位於宜居帶的系外行星——開普勒-22b,它是通過美國宇航局所屬的開普勒天文望遠鏡觀測到的。根據觀測到的數據推測,它圍繞著一顆和太陽非常相似的恆星公轉,它的直徑約為地球的2.4倍,算得上是一個超級地球。它距離地球比較與遙遠,約為600光年,如果以現在的飛船速度的話,差不多需要2200萬年的時間才可以到達。

開普勒望遠鏡發現確認的首顆宜居帶系外行星——開普勒-22b!

超級地球“開普勒-22b”

威廉姆·布魯基(WilliamBorucki)是美國宇航局加州埃姆斯研究中心科學家,也是開普勒望遠鏡項目的首席科學家,正是他領導了這一次發現開普勒-22b的工作。他說:“我們第一次觀察到這顆系外行星可能存在的零星線索是在望遠鏡升空調試工作完成後僅僅3天的時候,而到了2010年假期的時候我們終於觀察到3次重複顯現的凌星現象,從而可以確定此項發現。”

開普勒望遠鏡發現確認的首顆宜居帶系外行星——開普勒-22b!

開普勒太空望遠鏡

儘管其直徑比地球要大上不少,但是它的軌道公轉週期約為290天,和地球相差不大。它圍繞運行的中央恆星和太陽非常相似,也是一顆光譜型為G的黃矮星,只是質量稍小,這顆行星的表面溫度約為70華氏度(相當於21攝氏度),非常適宜生物的居住,也有可能是溫暖的海洋行星。不過科學家們現如今尚不能確定其地表究竟是岩石質地的還是液態或是氣態形式,然而不管如何,這項發現是朝向找到另一顆地球這一最終目標所邁出的堅實一步。人類的探索太空又近了一步。至今開普勒-22b的確切質量和表面成分仍不清楚。如果其密度和地球相當(5.515g/cm),則質量可能是地球的13.8倍,表面重力是地球的2.4倍。如果其密度和液態水相當(1g/cm),其質量則是地球的2.5倍,表面重力是地球的0.43倍。該行星可能會被歸類為超級地球,但要視其實際質量而定。一開始據估計該行星質量可能達到地球35倍,類似海王星的氣體巨行星,但最可能的狀況是地球10倍質量的海洋行星。該行星視其實際質量可能是超級地球或“暖海王星”。

開普勒望遠鏡發現確認的首顆宜居帶系外行星——開普勒-22b!

位置比較

發現一顆宜居行星,讓人最先想到的就是移民,不過馬上移民是不太現實的,因為位於天琴座和天鵝座方向的“開普勒-22b”距離地球約600光年之遙。此前科學家曾發現多顆位於“宜居帶”的行星,可惜它們多是體積巨大的氣體行星,並不適合生命生存。而“開普勒-22b”的體積並不比地球大很多,這意味著它很有可能由岩石組成,不過科學家們現如今還未能證實這顆行星的組成主要為岩石還是氣體或液體。這已是現如今被證實的從大小和運行軌道來說最接近地球形態的行星。這顆行星圍繞運轉的母恆星比太陽略小、略冷,但和太陽一樣屬於比較穩定、壽命比較長的恆星。美國航天局總部“開普勒”項目科學家道格拉斯表示,“開普勒-22b”的發現“是我們在發現地球孿生兄弟過程中的個重要里程碑”。相關研究成果發表在美國《天體物理學》雜誌上。

據英國媒體的報道,科學家已經開始製作一個系統的“宜居星球指南”,把迄今為止發現的適合未來人類移居的星球分門別類。據悉,現如今人類發現47顆行星和衛星可能符合人類移居條件。波多黎各大學的宜居星球實驗室對人類已知的700多個星球的類型以及它們各自所在的太陽系進行分析,發現絕大部分星球不具備生命體存活的條件,其中只有47個星球進入“第二個地球”的候選名單。據悉,已被發現的許多星球都屬於像木星和海王星那樣的氣態巨行星,但它們與圍繞運轉的母恆星距離太近,無法提供像地球那樣的氣候條件。只有少數星球擁有合適的大小和運行軌道,適宜生命存活。這個指南使用創新的評估標準,比如類地指數、宜居帶距離、分類系統以及與地球過去、現狀的對比結果等等。分析結果表明,只有2個已知星球符合該指南的宜居程度,它們是代號為葛利斯-581d和HD85512b的星球,其他15個行星和30個衛星進入候選名單。正如這次發現“地球兄弟”開普勒-22b行星的科學家艾倫·波斯所說:“開普勒-22b的發現證明了地球人並不孤單,宇宙也許充滿了各種生命體。”

開普勒望遠鏡發現確認的首顆宜居帶系外行星——開普勒-22b!

宜居星球指南

一個星球是否為宜居星球,需要滿足幾個重要的條件,首先就是液態水,水是生命之源,生命離不開水,那麼尋找地外生命的實質其實就是尋找地外的液態水資源。其次,便是該星球所圍繞的恆星的壽命,孕育生命需要一個相當長時間的過程,因此一個星系中要有生命存在,它的中心恆星壽命不能太短。通常認為,中心恆星壽命至少要達到10億年,才有可能在它的行星系中孕育出生命。最後,便是在這個恆星系統中,需要有體積夠大的氣態行星作為保護傘,一顆行星上要有生命存在,除了必須要滿足到中心恆星的距離、行星本身的類型和大小這三個條件之一外,它周圍的環境對能否演化出生命也起到決定性作用。一個行星系所具有的巨型氣態行星數目就是一個重要條件。在我們的太陽系中,木星和土星均屬於巨型氣態行星,它們具有很大的質量,實際上充當著地球的“保鏢”。它們像棒球手套一樣抵擋了彗星對地球的侵襲,能夠偏離或者吸引可能碰撞地球的彗星。

開普勒望遠鏡發現確認的首顆宜居帶系外行星——開普勒-22b!

開普勒-22b

就拿我們的太陽系來說,太陽系共有8顆行星,只有地球上存在宜人的氣溫,使水能以液態形式長期存在於地表之上。為什麼會這樣?根本原因在於,地球到太陽的距離既不太近,也不太遠,接受到的太陽輻射剛剛好。太陽周圍能夠滿足這一條件的區域,就被稱為“宜居帶”(habitablezone)。不同恆星的宜居帶到恆星的遠近並不是固定的,與恆星性質有很大關係。如果一顆恆星溫度和亮度都比太陽高,宜居帶就會離它稍遠一些;如果溫度和亮度都比太陽低,宜居帶就會稍近一些。此外,宜居帶也不是一個範圍非常狹窄的區域。太陽系的宜居帶從金星軌道外側一直延伸到火星軌道外側,因此嚴格說來,地球和火星都在太陽系的宜居帶內。只不過火星質量較小,留不住濃厚的大氣,後來變得寒冷而乾燥,不適宜居住了。“開普勒-22b”圍繞著一顆類似於太陽的恆星旋轉,這顆恆星發出的光比太陽光弱大約25%,因此那裡的宜居帶要比太陽系裡的宜居帶更靠近恆星一些。而在另一方面,“開普勒-22b”到母星的距離又比地球到太陽的平均距離近了大約15%,恰好使它舒舒服服地落在了宜居帶中。因此,如果新行星的性質與地球相似,液態水就可以在那顆行星的地表上長期存在,生命也就可能誕生了。


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