最近,科學家們從退役的開普勒探測器留下的數據裡撈出了一顆曾被算法誤判的
系外行星Kepler-1649c,大小是地球的1.06倍,環繞一顆距離地球300光年的M型恆星(紅矮星)Kepler-1649,公轉週期19.5個地球日[1, 2]。基本上,這些信息就是我們目前對某顆系外行星的全部認知和全部想象依據了。
- 距離母恆星不近不遠,因此在不冷不熱允許表面存在液態水的溫度範圍內 → 宜居行星
- 大小和地球相當 → 超級地球
也就是說,這又是一顆位於宜居帶中的超級地球。
儘管媒體們樂於把Kepler-1649c稱為“目前發現的最像地球的一顆系外行星”,但其實也只不過是這顆行星在大小和溫度上和地球比較近似而已。總體來說,可能還不足以和之前的地球2.0,Kepler-452b一戰。別的不說,人家的公轉週期就和地球接近,而且人家和地球一樣,是環繞著一顆G型恆星(黃矮星)的 [3, 4]。
要知道,環繞溫度更高的黃矮星或者橙矮星的宜居行星們可比環繞紅矮星的舒服多了,溫度更高的恆星,意味著宜居帶更遠更寬,而環繞一顆紅矮星宜居行星則往往意味著這顆行星很可能已被潮汐鎖定(不過目前Kepler-1649c似乎並沒有提到是否被潮汐鎖定這點)——一面永遠面向炙熱的“太陽”,一面永遠背對著“太陽”,這是不利於生命誕生和繁衍的。
當然,紅矮星也有優勢,紅矮星數目更多,溫度越低的恆星壽命也越長,這意味著紅矮星周圍能發現的宜居行星數目會更多,也有更長的時間可以允許系統裡的行星上發育出生命。
但由於紅矮星發出的可見光比太陽光要弱,而紫外線和X射線卻很強,沐浴在強烈的紫外線和X射線之下不知道會不會有別樣的生命能夠適應,至少光合作用是不太可能了。
Kepler-1649c上的假象圖。這裡的“太陽”,是一顆紅矮星。來源:NASA/Ames Research Center/Daniel Rutter [1]
不過,看上去更有希望的Kepler-452b因為開普勒探測器過低的信噪比也受到了強烈的質疑,需要進一步的觀測來驗證[5]。
但坦白講,隨著觀測能力的提升,這樣的行星必將會越來越多。
以前我們強調這些大小和溫度參數,是因為大個頭的“熱木星”更容易被發現,而早先滿足這些條件的小個頭行星則稀有得多。但在我們可以看到的不久的將來,滿足這些條件的系外行星將多的數不過來。
只要我們找到的夠多,早晚能找到和地球越來越相似的行星,但這種“相似”到底有多重要?
當“宜居行星”和“超級地球”逐漸失去它們的“光環”和背後所賦予的過於美好的想象之後,或許到了我們必須重新思考的時候:
說起系外宜居星球,我們到底在尋找什麼?
畢竟,撇去“宜居行星”“超級地球”這樣的用語所帶來的的“暗示”,事實上所謂的“宜居行星”離我們日常通過字面理解/想象出的“適宜生命居住的星球”這種意思是在差了太遠。
說白了,宜居行星(habitable planets)其實只是一個溫度上的限制,這個限制條件由兩個因素決定:恆星的輻射能量和行星距離恆星的距離——恆星溫度越高,行星距離恆星越近,溫度就越高;反之則越低,所以不同類型的恆星,匹配的“宜居行星帶”位置和範圍是不一樣的[6]。
其實,宜居行星(habitable planets)還有一個私以為更恰當的名字,叫做金鳳花行星(Goldilocks planets),從某種程度上來說,這個詞可能比“宜居行星”會少一點誤解。
金鳳花行星得名於19世紀的英國童話故事《金鳳花和三隻熊》,這個故事中國孩子可能也聽過,講的是一個叫做金鳳花的小女孩在森林裡進了熊爸爸、熊媽媽和小熊的家裡,感受了不同硬度的椅子和床,品嚐了不同燙度的粥,從中找到了她覺得“剛剛好”的那種——所謂“宜居行星”,也只是在某種限定要求之下的那些“剛剛好”的行星罷了。
金鳳花和三隻熊
至於這種“剛剛好”是不是對生命剛剛好,這不一定。所謂滿足“宜居行星”標準的,頂多只能說是我們理解中的適宜生命居住的一個前提條件而已。
甚至,我們都不知道這僅有的一點必要條件算不算必要的。畢竟,我們也不知道:生命真的需要水麼?生命真的必須是碳基的麼?一顆行星/衛星表面or次表面的熱量一定要通過恆星的輻射來提供麼?如果不一定的話,那麼通過恆星溫度和距離計算的行星表面溫度,就和行星上生命的誕生完全沒有充分或者必要關係了。
總之,別激動。在不久的將來,“宜居行星”“超級地球”簡直不要太多,但這類行星上能否真的孕育生命還很難講,反過來說,不在“宜居帶”範疇內的星球上,也未必就一定不能孕育生命。
哪怕在我們的太陽系內,我們不也已經在逐漸把更多尋覓生命的熱忱從位於宜居帶中的火星轉移到了壓根不在宜居帶的木星和土星的衛星上了麼——劇烈的潮汐加熱作用,冰下的液態海洋,海底的水熱活動,噴泉中的有機物……想象一下,
一個深海熱泉口附近孕育的生命天堂它不香麼?嗨,誰說離了太陽就不行呢?
參考資料
[1] Earth-Size, Habitable Zone Planet Found Hidden in Early NASA Kepler Data
https://www.nasa.gov/press-release/earth-size-habitable-zone-planet-found-hidden-in-early-nasa-kepler-data
[2] A Habitable-zone Earth-sized Planet Rescued from False Positive Status
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab84e5
[3] Comparison between Earth and Kepler-452b and their host stars
https://exoplanets.nasa.gov/resources/282/comparison-between-earth-and-kepler-452b-and-their-host-stars/
[4] NASA’s Kepler Mission Discovers Bigger, Older Cousin to Earth
https://www.nasa.gov/press-release/nasa-kepler-mission-discovers-bigger-older-cousin-to-earth
[5] Mullally, F., Thompson, S. E., Coughlin, J. L., Burke, C. J., & Rowe, J. F. (2018). Kepler’s Earth-like Planets Should Not Be Confirmed without Independent Detection: The Case of Kepler-452b. The Astronomical Journal, 155(5), 210
[6] PHL Summary of the Limits of the New Habitable Zone
https://sites.google.com/a/upr.edu/planetary-habitability-laboratory-upra/library/notes/summarylimitsofthenewhabitablezone