📖 ZKIZ Archives

NASA重大發現：七顆類地球行星可能存在生命

電影《降臨》中，女主角路易斯與外星人對話的場景，可能在不久的將來，真的發生在人們身邊。

美國宇航局NASA北京時間2月23日淩晨2點召開新聞發布會，宣布一項重大發現。在距離地球40光年距離的一顆小恒星周圍有七顆類似地球的行星圍繞。這是人類史上首次真正有機會研究太陽系以外的生命跡象。

“當人類看到活的外星人，會不會太激動了?”美國羅切斯特理工大學博士張淵皞對第一財經記者表示，“NASA有段時間一直說找到了系外行星，一口氣在《自然雜誌》發了好幾篇文章。最新發現的七顆行星在同一恒星的宜居帶也挺重要的，而且非常接近地球。”

這顆恒星名叫Trappist-1，離地球40光年，約235萬億英里的距離。在天文學上，這已經是非常近的距離了。而且更讓天文學家振奮的是，這七顆行星軌道的外置非常適宜人類觀察它們的細節。

天文學家表示，基於這七顆行星和恒星之間的距離，這個新的星系中很有可能其中一顆或多顆行星表面的溫度適宜生存，而且有海洋和生命之源的水。

比利時天文學家Michael Gillon博士說道：“這是人類歷史上首次發現有那麽多顆行星圍繞著同一顆恒星。Gillon是Trappist-1國際觀察組的帶頭人。

這可能更意味著天文學家們將會發現外星人存在的確鑿證據。英國劍橋大學天文學家、觀測組成員Amaury Triaud教授表示：“我們已經為證明是否存在外星生命邁出了關鍵的一步。接下來我們將繼續觀察生命是否能夠在這些星球上繁衍，這些行星的表面是否有類似地球表面的大氣層。”

這項重大的天文發現美國當地時間周三發表於《自然雜誌》。

麻省理工大學天文學家Sara Seager說道：“科學家馬上就能著手研究Trappist-1星系中是否存在生命，這是人類歷史上第一次無需投機，我們只需要耐心等待和仔細觀察這些行星表面的大氣層。”

即使最後科學家未能在Trappist-1上面發現生命，也能夠幫助人類進一步了解生命誕生的條件等重要信息。

盡管科學家一直明白其它星系也有類似地球的行星的存在，但是一直到近幾十年，他們才能夠指出這些行星。目前科學家已經能夠標明的行星數量達到3400顆。

雖然Trappist-1星系的行星大小與地球類似，但是恒星的大小與太陽相比顯得非常微小，只有太陽的十二分之一。Trappist-1恒星表面的溫度達到4150華氏度，比太陽的10000華氏度要低一半多，因此也被稱為“超冷星”。

不過，Trappist-1還不是離地球最近的星球。去年天文學家發現了一顆名為Proxima Centauri的類地行星，是至今發現離地球最近的行星，距離僅4.24光年。

開普勒望遠鏡對Trappist-1的觀察接近20天不間斷，捕捉了其34個運行軌跡。與地面觀察相結合，科學家計算出圍繞Trappist-1的行星數量應該是七顆而不是此前認為的三顆。這些行星由於離Trappist-1太近而且太小，因此無法直接進行拍攝。

另一個太陽系？NASA最新發現7顆類地行星丨端點

2月22日，NASA公布一項重要發現——在距離地球40光年的一個行星系發現了7顆地球大小的行星。據悉，這7顆類地行星都圍繞著一顆名為TRAPPIST-1的恒星轉動，其中的3顆(TRAPPIST-1e、f和g)恰好運行於恒星的“宜居帶”上，表面甚至有可能存在海洋。

據了解，這個“迷你太陽系”中的恒星TRAPPIST-1是一顆低溫紅矮星，其直徑只有太陽的8%。假設站在行星的表面，只能接收到地球上所獲得陽光的200分之一。不過由於行星距離恒星十分近，因此所獲得的能量足夠保持體溫。

這是科學家首次發現有這麽多類地行星的行星系。過去20多年以來，天文學家已經發現了數千顆系外行星，但是只有很少的行星位於“宜居帶”上。

斯皮策科學中心主管Sean Carey在新聞發布會上表示，這是他在中心工作14年來最激動人心的發現。

接下去10年，科學家將繼續研究這些行星，確定行星周圍大氣層的成分，以及是否存在液態水和生命。同時2018年即將發射升空的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡也將幫助人類探索更廣袤的宇宙，在外太空繼續探索生命的存在。

七顆類地行星上會有生命嗎？

從行星f上看紅矮星的藝術想象圖。（NASA網站/圖）

（本文首發於2017年3月9日《南方周末》）

天文學家在40光年外發現了圍繞著同一顆恒星運行的七顆行星，這一非同尋常的發現意味著我們可能處於更重大發現的前夜。如果在其中的三顆“宜居”行星上有生命存在的話，它們會是什麽樣子的呢？

這一次不一樣

天文學家在40光年外發現了七顆行星，它們圍繞著同一顆恒星運行，這些行星被中國網友戲稱為“葫蘆娃行星”。盡管發現外星行星在今天看起來更像是家常便飯（畢竟，已經有大約3500顆外星行星被發現），但研究人員對這次的發現格外興奮，七顆行星的藝術想象圖還登上了《自然》雜誌的封面。

對於這個正式名稱為TRAPPIST-1的系統，科學家確實有充分的理由感到興奮。

首先，這些行星中有多達三顆是位於“宜居帶”當中的。

宜居帶是天文學家認為的與恒星距離合適、不是太熱也不是太冷的區域，這里允許液態水存在，因而有可能支持生命的存在。這三顆行星也被認為是巖石構成的行星，就像地球這樣，而不是像木星那樣的氣態行星。這樣的構成也是目前科學家能夠想象到的最有可能存在生命的地方——畢竟我們所知道的生命都是生活在這樣的環境下的。也許氣態行星上會有其他形式的生命，但起碼來說，科學家還不知道該如何探測它們。因而，在搜尋外星行星時，最令人興奮的是找到類地行星。

另一方面，TRAPPIST-1離我們很近，只有40光年遠。這意味著我們現在可能正處於更重大發現的前夜。

2018年升空的下一代太空望遠鏡——詹姆斯·韋伯太空望遠鏡——是有能力在這樣的距離上觀測到行星大氣的。到今天為止，天文學家們觀測到的幾千顆外星行星頂多也只是一些缺乏細節的小黑點，它們是在行星從恒星前面經過時遮擋了一部分星光才被發現的。

新聞中出現的那些色彩斑斕的天體是人們的推測和想象，天文學家實際上並沒有觀測到行星大氣的顏色，更不用說陸地和海洋。這樣的狀況即將被改變。如果一顆外星行星像地球這樣是藍色的，詹姆斯·韋伯望遠鏡將有能力分辨出藍色；假如那顆行星上有季節變化，詹姆斯·韋伯在觀測足夠長的時間的情況下也完全有可能看到這種變化。

到2020年代，幾個巨大的地基望遠鏡矗立起來之後，也會前所未有地刷新我們對外星行星的認識。這些望遠鏡包括了建設在智利的歐洲極大望遠鏡、巨型麥哲倫望遠鏡，以及可能會建在夏威夷的三十米望遠鏡。這些望遠鏡的口徑均在20米以上（當今處於使用中的最大的光學望遠鏡為10米），歐洲極大望遠鏡甚至接近40米。

在今天，天文學家發現的外星行星離我們越近，下一代的望遠鏡也就越有可能觀察到細節。地球上的生命富足到影響了地球大氣的程度，外部觀測者是有可能在遙遠的距離上通過觀測地球大氣而推論地球上存在生命的，科學家相信對於我們觀測外星行星來說，相同的原理也成立。

這些“葫蘆娃”並不是一下子全部被發現的。起初是歐洲南方天文臺位於智利的一架自動望遠鏡——淩星行星及微行星小望遠鏡（簡稱“TRAPPIST”）——在2016年5月發現了三顆行星，後來其他位於地面的和太空中的望遠鏡加入觀測，尤其是得益於美國宇航局（NASA）的施必澤太空望遠鏡的貢獻，天文學家確認了其中兩顆並發現了額外五顆。

宜居帶的滋味

新發現的七顆行星與地球相似，但所圍繞的那顆恒星跟我們的太陽卻非常不同。它是一顆紅矮星，質量只有太陽的百分之八，也就是僅僅比木星大一點。紅矮星其實一直是天文學家搜尋外星行星時的重點目標。理論上，這樣的恒星身旁可能緊貼著一群類地行星；在實際操作中，這些溫度最低、體積最小、數量很多（占到了銀河系恒星的70%以上）的紅矮星，也是相對容易觀測的目標。TRAPPIST-1系統是天文學家首次找到的這種理論上應存在的目標。

所有這些行星都離紅矮星非常近。相比之下，太陽系中，距離太陽最近的是水星，而這七顆行星都比水星還要近。並且它們之間也挨得很近。假設有人站在其中一顆行星上，其他的某些行星可能看起來比月亮還大，這名觀察者甚至能夠看到其他行星上的地理特征或是雲團。另一個與地球環境不同的奇特之處在於，這些行星總是以同一面朝向紅矮星的（就像月球總是以同一面朝向地球一樣），所以行星上一半總是白天，另一半總是黑夜，這會導致兩個半球溫差極大以及強風等天氣現象。

根據目前的認識，所有七顆行星上都有可能存在液態水，不過距離紅矮星最近的三顆行星b、c、d可能溫度太高，液態水無法大量存在，而最遠的那顆h行星溫度則太低。氣候模型顯示位於它們之間的三顆行星e、f、g是最有希望的，它們正處於宜居帶內。

聽起來都是很好的跡象，不過，實際情況可能複雜得多。行星位於宜居帶內並不代表它們一定有液態水。比如在太陽系內，除了地球之外，金星和火星也可以被認為是位於宜居帶內的，然而三者的環境卻迥然不同。

甚至於，對於宜居帶這個概念本身，科學家們也是持有不同看法的。這個概念只考慮了行星的溫度，而實際上還可能有其他因素影響行星的環境。就紅矮星來說，它們會比太陽更加頻繁地出現耀斑和冕物質拋射，這會造成大量的X射線和極強的紫外線照射到行星上。在地球上，這些射線對生命是極具破壞性的。加之紅矮星的宜居帶離恒星很近，這使得輻射的影響更加強烈。

這還不是事情的全部。高能的X射線和極強的紫外線抵達行星大氣時，會把氣體分子分解成原子，進而有一個離子化的過程：射線撞擊原子，將原子中的電子“敲出來”，電子很輕，於是會脫離行星的引力束縛，逃向宇宙空間；隨著越來越多帶負電的電子生成，它們也會越來越多地將帶正電的粒子吸引到大氣層之外，這個過程叫做離子逃逸。

地球大氣就正在經歷這樣的過程，只是程度不大。在紅矮星那里，超級耀斑不但能讓行星大氣中的氫逃離到宇宙空間中，就連更重的氧和氮也不能幸免，而它們正是生命的基石。2016年，天文學家在離太陽最近的恒星——半人馬座α——那里發現了跟地球差不多大小的行星，它也是位於宜居帶內，並且圍著一顆紅矮星運行。看起來很像是一個生命家園。然而，美國宇航局（NASA）一個交叉學科研究小組後來提出，來自紅矮星的輻射在1000萬年的時間里就能讓那顆行星的氧氣喪失，再加上強烈的輻射，那里很可能並不真的“宜居”。

所有七顆行星上都有可能存在液態水，不過距離紅矮星最近的三顆行星可能溫度太高，液態水無法大量存在，而最遠的那顆行星溫度則太低。氣候模型顯示位於它們之間的三顆行星e、f、g是最有希望的，它們正處於宜居帶內。（NASA網站/圖）

行星上的生命

不同的研究人員對紅矮星周圍行星上的環境做出過許多不同的推測。行星總是以同一面朝向紅矮星，這個狀況會造成很多不利於生命的情形。行星的一面太熱，另一面太冷，也許生物只能生活在行星上一個環狀的區域，從那里看去，紅矮星總是位於地平線上。另一個問題是溫差帶來的狂風，它可能讓複雜的生物無法形成；有人提出，如果有動植物的話，它們可能非常特殊，比如動物主要在紅外波段感知世界，靠聲音和氣味則幾乎是不可能的。另外一些研究認為，如果行星上存在大量的水，水下的生物也許會更好過一些。

在所有這些不利於生命存在的因素之外，紅矮星也有它有利的一面，其中最重要一點是它的壽命很長。由於質量小，紅矮星燃燒得要比太陽慢很多。它能夠在更長的時間里照耀行星（它特別活躍的時期大約只有最初的十幾億年），這給生命的誕生和演化提供了充分的時間，畢竟，人類在地球誕生45億年後才出現。

紅矮星旁邊的行星上是否存在生命，取決於所有這些複雜因素的共同作用。在科幻作品中，有人設想那里的植物是黑色的，為的是盡可能多地接收陽光。還有人設想那里生活著有智慧的植物，它們一些時候紮根在土壤中，靠光合作用存活，但也有手有腳，可以在另一些時候行動起來。對於科學家來說，如果能搞清楚這些因素作用的規律，也許就能計算出外星生命在銀河系中的存在究竟有多廣泛（或稀少）。