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除地球外哪个星球最宜居?

Linvo说宇宙 2024/2/3 13:00:06 责编:梦泽

除地球外哪个星球最宜居?这个问题凡是给出肯定答案的,多半都不靠谱。要想找到最宜居的行星,你得先知道行星宜不宜居到底如何判断。

上回我们从相似性角度介绍了一颗与地球十分相像的系外行星 —— 开普勒-452b。这颗行星不仅个头和地球差不太多,就连它的母恒星都和我们的太阳极为相似。加上公转周期只比地球多了 20 天,综合来看,可以说它是迄今为止最像地球的系外行星。

但是如果不考虑恒星,仅就行星本身来说的话,其实有不少行星比开普勒-452b 更像地球。针对与地球相似性的这一问题,甚至有科学家专门提出了一个“地球相似指数(ESI)”的概念。该指数主要由行星的半径、密度、表面温度等参数综合计算后得出,其范围在 0~1 之间,地球的值为 1,得数越接近 1 说明这个星球与地球越像。

需要注意的是,这个 ESI 并不能代表行星的宜居性。因为 ESI 的算法只考虑了那几个最主要的参数,但是影响行星宜居性的因素有很多。比如说行星有没有大气层,大气层是由什么构成的;接收到的恒星辐射具体什么样;还有像是行星有没有被潮汐锁定、有没有磁场、有没有卫星等等等等。

总之,行星的宜居性是个非常复杂的问题,远不是几个简单的因素就能决定的。有些行星看起来和地球差不多大,有着很高的相似度,但是实际上它可能并不宜居;而有些行星虽然看起来比地球大一些或者小一些,但由于其他方面更合适,所以即使相似度不高,也有可能更宜居。说实话,对于一颗系外行星宜不宜居,现阶段包括未来很长一段时间,我们都无法给出肯定的答案。

尽管 ESI 并不代表宜居性,不过考虑到这个值毕竟是参考地球算出来的,它在初步判断行星宜居性方面还是有一定参考价值的。比如拿地球的邻居金星和火星来说,金星乍一看明显比火星更像地球,但是它的 ESI 只有 0.44。相比之下,火星比地球小得多,同时还缺少大气层,但人家的 ESI 竟然有 0.7

对于大部分的气态行星,尤其是距离恒星很近的热木星以及距离较远的冰巨星,它们的 ESI 一般都在 0.5 以下,可以说是极不宜居。只有小部分温度适中的岩质行星(包括海洋行星),以及太阳系里木星土星周围的一些卫星,它们的 ESI 可以达到 0.5~0.7 之间

目前,能够达到 0.7 以上的几乎都是系外行星。没错,最像地球的竟然都在太阳系外。毕竟地球已经占据了太阳系中最有利的位置,再有像地球这么宜居的,那只能在其他恒星周围去找了。

比如上回介绍的开普勒-452b,它的 ESI 有 0.83,距离我们 1800 光年。你可能想不到,距离我们最近的系外行星比邻星 b,它的 ESI 竟然有 0.86。可见,只要是个头和地球差不多的岩质行星,完了再位于宜居带附近,那它的 ESI 都不会太低。

那么目前 ESI 最高的系外行星有多高呢?它就是 2019 年确认的蒂加登星 b(Teegarden's Star b),ESI 高达 0.95

蒂加登星 b,顾名思义它是我们在蒂加登星周围发现的首颗行星。蒂加登星是一颗距离我们只有 12 光年红矮星。这颗恒星非常小,非常暗淡,以至于虽然它距离我们只有 12 光年,但是直到 2003 年,它才被人们从小行星跟踪数据中意外发现。

蒂加登星的质量还不到太阳的 1/10,它甚至险些没能启动内部的氢聚变而沦为一颗褐矮星。它的个头更为夸张,作为一颗恒星,它竟然和木星差不多。如此迷你的一颗恒星,它的表面温度只能达到两千多度,光度更是不及太阳的十万分之一。以至于即使把它放到太阳系内,仅凭肉眼你也看不到它,因为它的光谱几乎弱到只能覆盖红外波段。

对于这样一颗看都看不见的恒星,它周围的行星是咋发现的呢?光度太低,凌日法肯定指望不上,所以只能靠视向速度法。也就是通过分析恒星光谱的多普勒变化,来判断恒星是否存在轻微的摆动。假如附近真有行星,行星的引力多少会对恒星产生点影响,这个影响能够通过恒星的光谱反映出来。

视向速度法虽然看不到行星,但它的好处是对行星质量的计算比较准确。天文学家计算出蒂加登星 b 的质量在 1.05 倍地球质量,然后再结合其他数据推测,它的大小应该也和地球差不太多。这样一来,这颗行星的表面重力几乎就和地球一样。万一未来有一天人类真能上去的话,倒是不用担心重力适应问题了。

有意思的一点是,蒂加登星非常接近黄道面(就是地球绕太阳运行的轨道面)。从蒂加登星方向看我们,我们有相当长的时间会处于凌日区内。这意味着,假如蒂加登星 b 上有“蒂加登人”的话,那么从 2044 年到 2496 年这四百多年里,它们都能看到地球从太阳前面经过的这一“地球凌日”现象。

那蒂加登星 b 上到底会不会有外星人呢?

虽然蒂加登星 b 的母恒星是颗超冷的红矮星,不过这颗行星靠近宜居带。通常来说,越小的恒星宜居带越近,所以这颗行星距离恒星非常近,以至于它实际接收到的恒星辐射并不会比地球少。行星表面的温度推测可能在零度以上,甚至有可能达到 50℃。

正如一开始说的,行星的大气会给表面温度带来很大影响。如果平衡温度都这么高,再加上大气层的保温,这岂不又是一个炼狱般的金星?

别忘了,这颗行星可是距离恒星非常近,只有 0.025 个天文单位,大约只是水星到太阳的 1/16。这意味着,作为一颗类地行星,想要在恒星脸跟前保住自己的大气层,这多少有点强人所难了。天文学家估计,蒂加登星 b 拥有大气层的可能性仅有 3%。

没有大气层,虽然听起来不是什么好消息,但仅就表面温度这一个指标来说,似乎有那么点“恰到好处”。

既然有了合适的温度,作为“生命之源”的水出现在这个星球就很合理了。天文学家估计,这里液态水存在的可能性高达 60%。既然有水就好办了,只要水管够,哪怕没有大气层,生命依然有生存下去的可能性。

没错,生活在海底。

因为水本身也可以在一定程度上起到大气层的作用,一样可以阻挡辐射、保持温度。你想啊,以前是厚厚的气体为地表生物提供保护,现在是海洋中的液体为水下生物提供保护,大体上一个意思。

虽然有了合适的温度以及液态水,但是对于这颗行星来说还有个要命的地方,就是它大概率已经被恒星潮汐锁定了。就像月球被地球潮汐锁定一样,我们永远只能看到月球的正面。对这颗行星来说也是一样,它永远只有一面朝向恒星,另一面永远是黑夜。

对于这样一颗一半是永昼一半是永夜的星球,它上面即使有水,可能也都被困在了永夜的那一边。那刚才说的平均气温和液态水岂不没了意义?毕竟,一边是铄石流金,一边是滴水成冰,难道生命只配蜷缩在晨昏线上吗?

通过气候模型分析科学家发现,如果它的母恒星能够持续安静一段时间的话,那么这颗行星可能会形成少量的大气。这一样来,也许只需要 1/10 的地球大气就能让该行星建立一套循环机制,把恒星的辐射热量从永昼的这一侧运送到永夜的那一侧。只是潮汐锁定带来的缺少磁场的问题,可能使得好不容易形成的大气又被恒星风吹散。

不过天文学家也发现,蒂加登星的年龄应该在 80 亿岁以上。如今的它已经不再年轻气盛,目前正处于相对安静的时期,这在一定程度上也为生命的孕育带来了机会。

参考资料

  • [1] https://phl.upr.edu/projects/earth-similarity-index-esi

  • [2] https://phl.upr.edu/hwc

  • [3] https://en.wikipedia.org/wiki/Teegarden%27s_Star

  • [4] https://en.wikipedia.org/wiki/Teegarden%27s_Star_b

  • [5] https://exoplanet.eu/catalog/teegarden_s_b--7140/

  • [6] http://www.exoplanetkyoto.org/exohtml/Teegarden's_b.html

  • [7] https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2019/07/aa35460-19/aa35460-19.html

  • [8] https://www.aanda.org/component/article?access=doi&doi=10.1051/0004-6361/201935460

  • [9] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1384107623000258

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:宇宙天文

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