宇宙深處,是否存在另外一個世界,生機勃勃?

2020-12-28 天文在線

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無盡夜空，群星璀璨，生命可能並不孤獨。

圖源：yoshiyalab

我們的地球位於太陽系。太陽系外是浩瀚的宇宙。銀河系由多達2千億顆恆星組成，太陽也不過是其中普通的一顆罷了。那太陽系外也存在像地球這樣的行星嗎？答案是肯定的。那在已經發現了的數千顆行星上也存在生命嗎？人們也許會存在這樣的疑問。那種存在於太陽系外像地球一樣的行星被稱為太陽系外行星，或者系外行星。

01什麼是行星？

地球就是一顆行星。所謂行星，就是自身不發光，圍繞像太陽那樣會發光的恆星旋轉的天體。圍繞我們的太陽旋轉的行星有八顆。從太陽由遠及近依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。雖然之前冥王星也被認為是行星，但後來由於行星的確切定義更改而被除名。

行星這個名字寓意在星空中行走的星星，之所以被這樣稱呼，是因為人們發現這些星星與組成天球上固定星座的恆星不同，它們好像可以在天球上自由運動。人們之所以能在夜空中看見本身並不發光的行星，是因為它們可以反射太陽光。由於與其它恆星相比，它們與地球的距離要近很多，所以在地球上看來，它們依然很明亮。

02系外行星的探測方法

人們在太陽系外發現了很多系外行星。這些行星距太陽系十分遙遠，在中心母星耀眼亮度的映襯下基本上不可能被直接觀測到。順便說一下，太陽的直徑是地球直徑的104倍。

圖解：系外行星的日食。圖源：yoshiyalab

那麼，到底怎麼探測系外行星嗎？1992年人們首次發現系外行星，其後，系外行星不斷被發現。在那之前，已經有很多天文學家相信系外行星的存在，並提出了各種各樣的探測方法。

最初發現的系外行星，是通過一種被稱為脈衝星的明暗變化的中子星發現的。中子星是普通恆星死後的殘骸。此首次發現所使用的方法並不常用，只能用於脈衝星，被稱為脈衝星計時法。脈衝星具有規則的明暗變化，而行星的出現則會對這種規則產生影響。幫助找到這顆令人難忘的系外行星的脈衝星是PSR B1257+12。

圖解：脈衝星PSR J1930-1852的藝術想像圖。圖源:yoshiyalab

都卜勒光譜和凌日法是探測系外行星常用的兩種方法。其中，都卜勒光譜法也被稱為徑向速度法。這種方法的原理是由於行星引力的牽引，中心恆星會發生搖晃，從而人們能夠探測到行星的存在。這種方法利用了光的都卜勒效應。所謂光的都卜勒效應，就是光源發出的光會隨著光源的移動而發生改變。當光源遠離觀察者時，光會向紅光方向移動。反之，光會向藍光方向移動。利用這種方法發現的系外行星，多是大質量的木星型行星。

很多行星都是通過凌日法發現的。行星經過恆星表面時會擋住一部分光，從而使恆星的亮度降低。利用這種亮度變化來探測行星的方法即為凌日法。日食就是因為月亮將太陽擋住使太陽光無法到達地球而引起的。雖然月亮大到足以幾乎完全將太陽擋住，但系外行星卻並沒有那麼大，他們只能擋住恆星發出的光的一部分。但即便如此微弱的光度變化，也足以讓科學家們探測到系外行星。剛剛退役的克卜勒空間望遠鏡就很擅長用這種方法探測系外行星。由於在宇宙空間中不受大氣湍流的影響，所以對光度改變的探測更加靈敏。僅克卜勒望遠鏡就發現了約2600顆系外行星。

圖解：WASP-107b的藝術想像圖。圖源：yoshiyalab

03系外行星的種類

人們發現了數量眾多的系外行星，其種類也紛繁不一。下面介紹幾種。

熱木星通常是利用都卜勒光譜發現的。它們是一種軌道離主星很近溫度很高體積和木星相近的行星。

超級地球雖然和地球一樣都是巖石行星，但它們卻比地球大數倍。雖說是地球型，但卻並不一定適合生物生存。

適居行星與中心恆星的距離很適合液態水的存在。但由於適居行星包含了各種各樣的行星，所以並不能說一定存在生命，不過是很不錯的候補。

古德洛克行星是一種位於適居帶並且大小與地球相仿的行星。古德洛克行星上很有可能存在生命，甚至存在進化也說不定。

04典型系外行星

下面介紹幾顆典型的已發現的系外行星。

比鄰星b是距太陽系最近的恆星系統中的一顆行星。恆星系統南門二，是一個三星系統。三顆恆星互相繞彼此公轉。稍微靠外一些的那顆星就是比鄰星。而憑藉這顆比鄰星發現的系外行星就是比鄰星b。所用的方法是都卜勒光譜法。由於這顆行星位於適居帶，所以它上面很有可能存在液態水。或許，地外生命真的存在。

圖解：已處理的半人馬座α星A和半人馬座α星b的錢德拉空間望遠鏡成像。來自歐洲南方天文臺。圖源：yoshiyalab

2M1207b是一顆直接被拍攝到的行星。圖像由智利甚大望遠鏡VLT在紅外波段捕獲。

圖解：2M1207（藍色）和2M1207b（紅色）的紅外成像。在地球上的夜空中，這兩顆星相距不到一角秒。該圖片由歐洲南方天文臺8.2米甚大望遠鏡拍攝。圖源：wikipedia

德拉古爾(PSR B1257+12 b)是質量最小的系外行星。它與第一顆被發現的行星繞同一顆脈衝星公轉，其質量是月亮的兩倍。

HR 2562b是質量最大的系外行星，由雙子行星影像發現。其質量約為木星的30倍，可能是質量最小的棕矮星。

TRAPPIST 1e是一顆位於適居帶的系外行星。在恆星系統TAPPIST 1中，同時發現了七顆行星，其中不乏很有可能存在生命的行星。

雖然如今已經發現了很多系外行星，但經計算，系外行星的總數超過一百萬顆。在如此多行星中，認為生命僅僅出現在地球上，未免有些不合理。雖然人們對於適居帶的行星上是否存在生命很感興趣，但僅憑現在的技術，還沒辦法到達宇宙的深處。但，也許，科學家們能夠找到一種探尋生命痕跡的優良方法。接下來的研究，請拭目以待。

作者: はてブ

FY: D

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