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揭秘最像地球的系外行星

Linvo说宇宙 2024/1/27 12:20:07 责编:梦泽

2014 年 5 月,NASA 开普勒任务的一名研究人员正在像往常一样优化代码库性能。当他在查看调试后的行星搜索结果时,一组特殊的数据引起了他的注意 —— 一颗各项参数都与地球十分相近的系外行星。

这是一颗从未见过的新发现的系外行星,此前并没有被系统识别出来。随后,研究团队对所有数据进行了重新排查,最终他们确认了这颗系外行星的存在。次年,NASA 正式对外宣布了这一发现 —— 一颗迄今为止和地球最相似的系外行星 ——“开普勒-452b”。

截止目前(2024 年 1 月 15 日)已确认的系外行星已有 5569 颗,而候选行星更是达到了上万颗。虽然已发现的系外行星看起来不少,但是这里面几乎都是些巨行星、类海王星以及几倍于地球质量的超级地球等大个子行星。对于这些大个子行星来说,它们通常没有明确的“地表”,也就是俗称的气态行星(注:超级地球只是按行星质量来划分的,通常指代 1~10 倍地球质量的系外行星,并不代表它们是岩质行星)这些气态行星占据了已确认总数的 96% 以上。剩下的不到 4%,才是和我们地球一样的小质量类地行星。如果再考虑到宜居带,和地球相似的系外行星就更是凤毛麟角了。

不过宜居带虽然叫宜居带,它主要是基于温度条件来划分的。比如温度高的恒星,它的宜居带距离恒星比较远;而温度低的恒星,它的宜居带相对就比较近。

目前很多系外行星都是在红矮星周围发现的。我们知道,红矮星是所有主序星里最小的恒星,它的宜居带距离恒星非常近,大部分甚至比水星到太阳的距离还要近。这就导致虽然一些行星位于宜居带内,但是对于生命来说这里可能并不是那么宜居。因为恒星表面的爆发(比如耀斑)会时不时地给行星上的生命来次“大扫除”,尤其是对于红矮星这种脾气比较暴躁的主。所以这么来看,地球所处的环境是多么的恰到好处。

然而宇宙之大也决定了即使是地球这样的“天选之子”,放在全宇宙也并非唯一。毕竟,仅就人类目前的科技,就能在银河系内一千多光年的地方发现如此相似的星球。这要是放眼全宇宙,真有个一模一样的也不是没有可能。

话说这个开普勒-452b 到底和地球有多像呢?

首先,它的半径只有地球的 1.63 倍,体积大概相当于 4 个地球,这在已确认的系外行星里面已经算是和地球非常接近的了。因为越小的行星越难被发现,这也是为什么目前已确认的系外行星绝大部分都是大个子的气态行星。

除了大小,这颗行星的质量是地球的 3.29 倍。虽然这个质量目前仍然存在较大不确定性,但是根据现有数据推测,它大概率会是一颗岩质行星。不过和地球不同的是,它可能没有一个大质量的含铁的核心,所以它的磁场强弱还很难说。另外就是由于距离太远(大概离我们 1800 光年),所以它的大气层是什么样我们也不太清楚。

除此之外,这颗行星和地球在很多方面都极为相似。比如说它距离恒星有 1.046 个天文单位,几乎就是地球到太阳的距离。而且公转周期是 385 天,仅仅比地球多了 20 天。当然,这里的“天”是以地球上的“天”来说的,毕竟更容易理解。而且系外行星具体怎么自转,这个很难去判断,因为实在太远,根本看不到这些细节特征。

另外,这颗行星所属的恒星(开普勒-452)和我们的太阳也极为相似。它同样是一颗 G2 型黄矮星,无论大小、质量还是表面温度都和太阳十分接近,唯独是亮度比太阳高了 20%。假如你站在开普勒-452b 上抬头望去,如果不考虑周围环境因素的话,你甚至会认为它就是我们熟悉的太阳。

相似的恒星以及相同的距离,造就了这颗行星与地球有着差不多的平衡温度

注意:平衡温度指的不是真实环境的平均温度,它是不考虑行星大气等其他因素,只考虑母恒星辐射而得到的理论上的表面温度。比如虽然地球的平均气温在 15℃左右,但是这是在大气层的保温作用下达到的,实际上地球的平衡温度大约只有-18℃。而这颗行星的平衡温度在-8°C 左右,只比地球高了 10 度。

考虑到它的母恒星比太阳亮一些,它接收到的能量会比地球略多,假如还有大气层的话,这颗行星的表面应该会非常温暖。但是也别高兴地太早,因为它温暖的程度也许会超出你的预期。

因为如果它是一颗岩质的类地行星,那么它上面很可能像地球一样,也坐落着许许多多的活火山。随着火山的喷发,释放的烟雾会形成厚厚的云层,最终会将整个星球包裹。过于浓厚的云层可能会带来失控的温室效应,所以虽然这颗行星各方面都和地球很像,但也不排除实际上人家更像金星,这都说不准。

不过考虑到恒星会随着演化逐渐膨胀并释放更多的能量,行星能够接收到的热量也是越来越多。和太阳一样,开普勒-452 也正值中年,年龄大概在 60 亿岁左右。这意味着,即使这颗行星现在看起来很“温暖”,但只要把时间往前推若干亿年,总有一个时期它收到的恒星辐射并不会比今天的地球多。

如果这样的话,假如这颗行星有着和地球一样的生命演化过程,那么有没有一种可能:它上面的生命已经领先我们十几亿年?!毕竟,相较于 60 亿岁的开普勒-452,我们的地球和太阳还不到 46 亿岁。对于一个领先人类十几亿年的文明来说,自己的星球过于“温暖”估计也不是什么大事。

再考虑到这颗行星的质量和大小,它表面的重力几乎是地球的两倍,所以它上面如果存在生物,并且还和我们地球上的生物有着类似结构的话,它们的个头或许会略小于我们。这么说来,之前墨西哥那俩 60 厘米“外星人”干尸还真像那么回事~(doge)

玩笑归玩笑,虽然开普勒-452b 和地球很像,很容易让人以为它上面存在生命,甚至是高级的智慧文明,但是生命的出现是个极其巧合的事件。前面那些看似十分相似的因素,在形成并演化出生命所需的所有因素里面,只占很小很小的一部分。所有因素中任何一个出现偏差,都有可能直接终止生命进程。就像我们太阳系的金星和火星,它们通常比那些系外行星更像地球,可是在它们上面,我们可连一点生命迹象都还没有发现。

然而,作为在类太阳恒星宜居带内发现的首颗类地行星,同时也是目前最像地球的系外行星,开普勒-452b 已经被搜寻地外文明的 SETI 计划列为了其监测目标。目前研究人员通过射电望远镜,已经在超过 20 亿个频带上扫描了这颗行星,不过至今没有任何收获。之后,他们还将继续扫描剩下的 70 亿个频道。希望未来有一天,我们真能收到某个地外文明发来的问候,哪怕是句“不要回答”:)

参考资料

  • [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Kepler-452b

  • [2] https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-6256/150/2/56/meta

  • [3] http://exoplanet.eu/catalog/

  • [4] http://www.openexoplanetcatalogue.com/systems/

  • [5] https://exoplanets.nasa.gov/discovery/exoplanet-catalog/

本文来自微信公众号:Linvo 说宇宙 (ID:linvo001),作者:Linvo

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关键词:天文宇宙

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