NASA又搞大新闻,40光年外发现7颗类地行星!

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至少7颗行星绕着距离地球大约40光年的一颗红矮星旋转,它们的大小都类似于地球。这幅艺术想像画描绘了在其中一颗行星上空看到的整个行星系统。图片来源:ESO/N. Bartmann/spaceengine.org

艾麦乐 编译)NASA又搞了个大新闻。天文学家发现了7颗行星,绕着离我们不远的一颗恒星旋转

还不只是如此,所有这些行星的个头都跟地球差不多,其中几颗到它们的“太阳”距离刚好,可能拥有适宜的表面温度。

这颗恒星被称为2MASS J23062928-0502285,这个名字来自于2MASS巡天项目,后面那串数字标明了它在天空中的坐标。不过现在,所有人都称它为TRAPPIST-1,因为这些行星是用TRAPPIST望远镜发现的。TRAPPIST-1是这台望远镜发现的第一颗拥有行星的恒星。

就是这台口径只有60cm的TRAPPIST望远镜,发现了TRAPPIST-1周围的行星。这台望远镜的全称是TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope,即“凌星行星及微行星小望远镜”。图片来源:E. Jehin/ESO

7颗行星中,有3颗行星是在2016年就被宣布发现的。天文学家用来找到它们的方法是凌星法,这是目前最成功的一种搜寻太阳系外行星的方法。理论上很简单:如果一颗行星绕着一颗恒星旋转,而我们又刚好处在它公转轨道的侧面,那么每一次这颗行星运行到那颗恒星和我们之间的时候,它都会遮挡掉一点点星光。如果仔细测量我们看到的这颗恒星的星光,就会发现它变暗了一点。这一现象称为凌星。

实际上,可就没这么容易了!恒星太大,行星太小,所以凌星时行星遮掉的星光最多也只有1%。这意味着,必须要对星光进行非常细致地测量才行。此外,还有太多的东西可以来冒充行星,比如恒星上的黑子、背景恒星的亮度变化、恒星本身的爆发活动等等。

当行星从恒星前方经过,也就是发生凌星时,它会遮挡一部分星光,使得我们看到的恒星出现亮度下降的现象。正是通过这种现象,天文学家在TRAPPIST-1周围发现了7颗大小类似于地球的行星。图片来源:NASA

TRAPPIST-1是一颗个头很小、温度较低的恒星——这类恒星被称为M8型红矮星。它的质量只有太阳的8%,半径是太阳的10%(只比木星大了一点点),亮度微弱到只有太阳的1/2000。对于搜寻行星的天文学家来说,这些信息可谓好坏参半。这颗恒星相对黯淡,所以很难测量它星光之中的细微变化。所幸,它离我们不远,只有不到40光年,所以尽管本身很暗,我们仍然可以把它看个清楚。

而在好的方面,个头较小意味着同样大小的行星可以遮挡更多这颗恒星的星光。举例来说,如果一颗地球大小的行星去凌一颗太阳大小的恒星,只能遮挡掉大约0.1%的星光。然而,同一颗行星去凌只有木星大小的TRAPPIST-1,就能遮挡掉大约1%的星光。这使得凌星时的星光变暗现象更容易检测出来。

TRAPPIST-1是一颗红矮星,质量只是太阳的8%,大小为1/10,亮度只有太阳的1/2000。图片来源:ESO

接下来,事情就变得很有意思了。如果你知道恒星的大小,又测出了凌星时有多少星光被行星遮挡,你就能够算出那颗行星有多大——因为星光变暗的幅度取决于恒星和行星的相对面积。如果行星半径是恒星的1/10,它就会遮挡1/100的星光。如果半径是1/2,则会遮挡1/4的星光。以此类推。

2016年率先发现的那3颗行星,根据凌星时遮挡的星光来判断,它们的大小与地球类似。不过天文学家发现,它们凌星的时刻一直在发生细微变化,这让人非常兴奋:这意味着,这个行星系统中可能拥有更多行星,后者的引力拉扯着那3颗已知的行星,轻微地改变着它们的轨道周期。

抓住这条线索,天文学家顺藤摸瓜,找到了另外4颗行星,一共多达7颗!这些行星按照被发现的先后次序,被命名为TRAPPIST-1b,c,d,e,f,g和h。巧合的是,这刚好也是它们由近及远到恒星距离的次序。它们的个头都跟地球相似,有些比地球略小,有些则略大。

艺术家笔下的TRAPPIST-1行星系统。尽管有些行星被描绘得好像地球一样,但对于这些行星,我们确切知道的只有它们的大小和轨道周期。至于是否有水存在,是否适宜生命,目前我们还一无所知。图片来源:NASA/R. Hurt/T. Pyle

天文学家还从凌星中得出了更多信息。行星凌星现象持续的时间长短,与它环绕恒星的公转速度有关,因而也就跟它到恒星的距离有关。(行星离恒星越远,公转速度就越慢,凌星持续的时间也就越长。)根据观测数据,所有7颗行星绕这颗恒星的公转轨道,都比水星绕太阳的轨道要近得多得多。最内侧的那颗行星,1b,轨道周期只有1.5个地球日!也就是说,它每36个小时就绕那颗恒星公转一圈。就算是最外侧的那颗行星,1h,周期也只有14-25天,用不了一个月就能绕恒星转完一圈。

TRAPPIST-1周围7颗行星的轨道,与太阳系里木星的4颗伽利略卫星以及内太阳系行星轨道的对比。所有7颗行星绕这颗恒星的公转轨道,都比水星绕太阳的轨道要近得多得多。图片来源:ESO/O. Furtak

看到这里,你大概会认为,这些行星该被烤焦了。不过别忘了,TRAPPIST-1是一颗小恒星,表面温度只有2300℃。尽管那些行星扎堆围聚在它身边,但正因为这颗恒星“阳光”微弱,那些行星接受到的热量实际上还不错。这些行星表面上的实际温度,目前还不可能得知,但使用计算机模型,再对这些行星的成分、大小、大气等数据加以猜测,我们能够估算它们的表面温度。不同的模型会得出不同的结果,但至少其中3颗行星似乎处在到恒星合适的距离上,表面温度或许可以让水以液态形式存在

7颗行星中至少有3颗,位于这颗恒星的宜居带内,表面温度或许有可能适宜液态水存在。图片来源:NASA/R. Hurt/T. Pyle

说到这里,我必须要非常谨慎才行:这些行星的质量,我们只是估算的,并不直接测量出来的。这些行星彼此之间通过引力相互拉扯,因此每颗行星凌星的确切时刻都在发生变化。它们的质量就是根据这些变化推测出来的。所以,我们并不是非常确切地知道它们的真实质量,更不清楚它们是否拥有大气,到底由什么物质构成。我们确切了解的,只有它们的大小和轨道周期。其他所有信息,都是据此推测出来的。

TRAPPIST-1周围7颗行星的大小,与太阳系里木星的4颗伽利略卫星以及内太阳系行星大小的对比。尽管这颗恒星比木星大不了多少,但它的7颗行星都跟地球大小相似。图片来源:ESO/O. Furtak

所以,如果在媒体上看到报道,说我们发现了类似地球的行星,你就要小心了。我们实际上并不确定,这些行星中有哪一颗温度与地球相似,甚至不知道那里有没有空气存在。对于它们能在多大程度上适宜生命生存,我们可以说是一无所知。

TRAPPIST-1的7颗行星与太阳系里的4颗类地行星,图中数字标明了这些行星的轨道周期、到恒星的距离、行星半径及行星质量。图片来源:NASA

尽管跟外星生命没什么关系,但这一发现仍然令人兴奋!这个行星系统离我们只有40光年,这本身就是一个大新闻。这意味着,借助口径更大、威力也更大的望远镜,后续观测能够揭示更多的信息。举例来说,预计明年发射升空的韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope),将有能力观测这个系统中的单颗行星,判断它们是否拥有大气,甚至检测大气中的特定化学成分,比如臭氧。做到这一点,我们就能了解到更多的信息——以臭氧为例,它能证明这颗行星的大气中存在氧气。

现在说这些还为时过早。不过,倒也没有必要对此感到失望。反过来想想,这已经足够令人惊叹了。在我小的时候,我们只知道太阳系里的九大行星。(现在则是8颗行星,也可以说是近百颗,看你怎么算了。)直到20世纪90年代初,我们才找到第一颗绕着其他恒星旋转的行星,又过了几年,第一颗绕着类似太阳的恒星旋转的行星才被发现。而现在,得益于技术的不断进步,我们已经找到了好几千颗太阳系外行星。

已经被发现的这些行星,足以得出现代科学史上最惊人的结论之一:银河系里行星的数量要比恒星更多!不是每颗恒星都拥有一颗行星,而是许多恒星都拥有多颗行星,比如我们的太阳,比如TRAPPIST-1,因此银河系本身或许就拥有成千上万亿颗行星

成千上万亿!

这其中又有多少会像我们这颗蔚蓝色的地球一样?我们已经找到了少数可能符合这一标准的行星,而我们的搜寻工作其实才刚刚开始。我们的技术越来越先进,方法也越来越纯熟,几乎每一天,我们都在发现更多的行星。

TRAPPIST-1只是这场行星搜寻中一个令人惊叹的里程碑。它告诉我们,所有类型的恒星都可以拥有行星系统,还可能拥有多颗类似地球的行星。别忘了,这颗恒星就在我们附近,而且是银河系里最常见的一类恒星。对这类恒星进行更多搜寻,我们就可能找到更多这样的行星系统。

天空中遍布着行星。NASA的这个大新闻,就是我们充满好奇,抬头仰望,提出问题,然后尽自己的努力去回答那些问题的时候,我们作出的发现。

得到的回报是,我们可以理解这个宇宙,让我们的奇迹被宇宙放大。(编辑:Steed

编译来源

Bad Astronomy, Exoplanet news: SEVEN Earth-sized planets found orbiting a nearby star!

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