走近“阿西莫夫《觅猎行星》”,大师带你觅猎系外行星

我们好多人可能都在人教版语文课本中学习过两篇阿西莫夫的科普文《被压紧的沙子》《恐龙之死:新的线索》,我们可能也知道,这位举世闻名的科普兼科幻作家,更是写过诸多作品,尤其他的科普文,不管放在任何时候,都能成为经典。也许,对于今天的我们来说,他的某些作品可能有些过时,但并不能妨碍我们借鉴和欣赏。下面是阿西莫夫的《觅猎行星》,跟随大师走近……

走近“阿西莫夫《觅猎行星》”,大师带你觅猎系外行星

阿西莫夫(1920-1992)

觅猎行星

[美]艾萨克·阿西莫夫 著

几乎已有半个世纪,天文学家们坚信,行星必定是很普遍的:大多数、甚至所有的恒星,均拥有行星。对于像太阳这样的单星——在它们附近没有伴星——而言,情况尤其如此。如今,

天文学家们终于有了最可靠的证据,表明这种信念大概是对的。

现今对恒星如何形成的看法是:一大块尘埃云徐徐集聚收缩,且在此过程中收缩逐渐加快。其中心部分变成一颗恒星,而围绕着它的较稀薄的物质最终则生成一些行星。事实上,这样的收缩会在恒星附近形成行星乃属势在必行,我们的太阳系便是一例。问题则在于我们所知的实例只有这唯一的一个。

如果其他恒星也有行星绕之运行,我们当然不可能在通常意义下“看见”它们。一颗行星本身并不发光;它因反射自己绕以运行的那颗恒星的光而变亮。因此,行星要比恒星暗得多,它的那一点儿光完全淹没在附近那颗恒星的光芒之中了。

但是,为了获悉行星之存在,我们并不一定要切实地看见它。

一颗恒星如果没有行星(或与之相伴的其他恒星),则在天空中应完全沿着一条直线缓缓前行。然而,如果有一颗行星与之相伴,那么该行星和这颗恒星就会一起绕着它们公共的质量中心转动。行星的质量较小,引力也较弱,因而转的圈子较大;但是,那颗恒星毕竟也在微微摇晃。发生这种情况时,该恒星在天空中移动的轨迹就会略呈波浪形。(从远处观看,太阳的运动轨迹也应该是微微波动的,这主要是由于受到木星——太阳系中最大的行星的引力拉曳。)

如果一颗恒星相当小,而它的行星又相当大,那么这种摆动就比较容易察觉。从20世纪40年代到60年代,天文学家们报道了一些恒星的这类摆动,其中一颗名叫巴纳德星的小恒星尤为引人注目,它与我们的距离仅为5.9光年。

然而,其他天文学家无法进一步确认这类报道,他们测量不到所报道的摆动。最后,科学家们认定这是由使用望远镜时的误差造成的。希望落空了。但是,近几十年来,仪器设备改进了。1988年中,有两位天文学家各自报道观测到了正在晃动的恒星,他们是哈佛大学的戴维·W·莱瑟姆(David W. Latham)和不列颠哥伦比亚州维多利亚大学的布鲁斯·坎贝尔(Bruce Campbell)。

莱瑟姆的发现多少有些偶然。他为了检验自己的望远镜而研究一颗太阳型的恒星——它名叫HD114762,离我们约90光年。他发现了某种摆动,但并不急于过早声张。他潜心研究该恒星达7年之久,根据该恒星摆动的情况判断,有一颗行星在此期间已绕它转了30圈。该行星的公转周期则为84天。

另一方面,坎贝尔研究了恒星朝向我们而来(或离开我们而去)的方式。一颗恒星如果拥有行星,那么它就有可能以这样的方式晃动:先是朝向我们而来,然后退离我们而去,然后又是朝着我们前来,如此交替往复。坎贝尔在7年时间内研究了18颗恒星,它们距离我们均在100光年以内,其中有9颗呈现出某种摆动;但是,如果这是因存在行星所致,那么这些行星离它们绕以转动的恒星必定就相当远,以至于它们公转一周所需的时间要超过7年。因为坎贝尔并未目睹一次完整的摆动,所以其结果在某种程度上不如莱瑟姆那么肯定。

要使这种摆动比较明显,行星就必须相当大,也许要显著地大于木星。这就使人们不易肯定,它们究竟是真正的行星,还是非常暗弱的恒星伴星。当然,即使它们当真是行星,那么也要想到,像木星那么大的行星的主要构成成分必定是热的氢,因而完全不适宜于像我们自身这样的生命栖居。

尽管如此,这些结果似乎还是说明:至少有一半(也许更多)的恒星拥有并非显然为恒星的某种伴星。它们有可能是木星型的行星;但情况更可能是,如果存在一颗木星型行星的话,那么还会有别的行星同时环绕着这颗恒星旋转;人们探测不到那些行星,纯粹是因为它们太小太轻,不足以使那颗恒星产生可被我们探测到的摆动。

换句话说,有了这些报告,天文学家们就应该有所准备,相信在我们银河系(以及在其他星系)中存在着大量的地球型行星。这一点非常重要,因为地球型行星越多,其中至少有一些具备适于生命栖居的条件并进化出生命的机会就越大。

多亏有了这些消息,猜想生命也许是宇宙中的普遍现象的那些天文学家(就像我一样),现在可以稍为放心了。如果生命是普遍存在的,那么就有可能在条件凑巧的地方进化出智慧生命,并产生出技术文明,于是人类在宇宙中就并不孤独了。

​ ​ ​ ​ ​ ​ 宇宙学新疆域(FRONTIERS OF UNIVERSE),卞毓麟 何妙福 译

注释:

1、1995年10月6日,两位瑞士天文学家最终确认飞马座51b行星的存在——人类搜索太阳系外行星,才真正跨出了第一步。因为这是天文史上公认的第一颗被发现的系外行星。只是很可惜,阿西莫夫没来得及看到这一消息就已过世(1992.4.6)。

2、文中提到的巴纳德星,其行星论由来已早,虽有观测表明这种倾向,但还未得到证实。

3、文中提到的发现行星的方式(径向速度法)是天文学家发现系外行星最具成效的方式。但自从09年Kepler望远镜发射之后,人类发现的系外行星开始爆炸增长,而这要这归功于凌日法(行星凌日时引起母星光度变化)。尤其是引进AI学习之后,更是卓有成效。

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径向速度法,图源Las Cumbres Observat

4、15年7月23日,NASA宣布发现Kepler-452b,为历史上发现的和地球最相似的系外行星。其轨道半径1.046AU,公转周期385天,母星质量1.037倍太阳质量,行星大小1.59倍地球。

5、2016年12月14日,NASA宣布发现了拥有8颗行星的Kepler-90系统。

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kepler 90系统图示

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