在附近恆星的宜居帶上發現了地球大小的行星

2020-12-08 騰訊網

簡介：本文簡單地介紹了TOI-700恆星及其3顆行星的概況，並解釋了液態水對宜居與否的重要性。科學家通過建立模型來推測此恆星可能存在的氣候。

一個藝術家對恆星宜居帶上的系外行星的印象。

美國宇航局一組研究其他恆星周圍行星的系外行星天文學家聯繫我參加一個保密會議，告訴我一個引起他們興趣的行星。因為我的專業領域在於模擬系外行星的氣候，他們讓我確定這顆新行星是否是適合居住且可能存在液態水的地方。

這些美國宇航局的同事，喬希·施利德和他的學生艾米莉·吉爾伯特、湯姆·巴克利和埃莉莎·昆塔納，在研究TESS（系外行星凌星巡天衛星）的數據時，發現了可能是TESS第一個觀測到的地球大小的行星，其表面可能存在液態水。這是令人振奮的消息，因為這個新行星離地球相對較近，通過詹姆斯韋布空間望遠鏡或地面大型望遠鏡或將觀測到它的大氣層。

宜居帶上的行星

吉爾伯特的研究小組發現的行星的寄主星被稱為系外行星凌星巡天衛星的興趣恆星700號，或TOI-700。與太陽相比，他是個既渺小又黯淡的恆星，是太陽40%的大小，大約僅有太陽1/50的亮度，位於劍魚星座裡距地球100光年的位置，在我們南半球可以觀測到。相對而言，離我們最近的恆星，比鄰星距離地球4.2光年。要了解這些距離，如果你搭乘最快的宇宙飛船（帕克太陽探測器）抵達比鄰星需要將近2萬年的時間。

TOI-700周圍有三顆行星：b、c和d。行星d與地球同等大小，位於該恆星的宜居帶上，每37天繞TOI-700運行一周。我的同事們希望我能利用恆星和行星已知的特性為恆星d建立一個氣候模型。行星b和c的大小分別為地球大小和迷你海王星大小。然而，它們的軌道離主星更近，接收到的星光是我們地球從太陽接收到的星光的5倍和2.6倍。作為對照，表面乾熱、溫度約為860華氏度的金星，接收到的太陽光是地球的兩倍。

直至大約十年前，天文學家們僅知道宜居帶上兩顆大小不一的行星：地球與火星。然而，在過去的十年中，由於地面望遠鏡和克卜勒計劃（2009年至2019年也在尋找系外行星，但目前已退役），天文學家們發現了大約12顆地球大小的系外行星。他們位於其寄主星宜居帶上，體積是地球的一半到兩倍大小不等。

儘管迄今為止發現的小型系外行星數量相對較多，但大多數恆星距離地球的距離都在600到3000光年之間——太遠太暗以致於無法進行詳細的後續觀測。

為什麼液態水對宜居性很重要？

不同於克卜勒，TESS的任務是尋找太陽周圍最近的行星：足夠明亮以便後續觀測。

2018年4月至今，TESS觀測到1500多顆候選行星。大多數的大小是地球的兩倍，繞軌運行一周少於十天。而地球繞太陽運行一周需365天。因此，這些行星從太陽獲得的熱量明顯比地球多很多，太熱以至於液態水無法在其表面存在。

液態水對宜居性至關重要。它為化學物質相互作用提供了媒介。雖然外星生命可能存在於高壓或高溫下，比如在水火噴口附近發現的極端微生物或在南極西部冰蓋下半英裡處發現的微生物。人類已經能夠直接探測到這些極端環境，所以這些發現是可能的，但卻不能在太空中發現這些外星生命。

當要尋找太陽系以外的生命或宜居環境時，人類完全依賴於遠程觀測。表面的液態水會創造宜居環境，有可能推動生命出現。然後這些生命形式與其上的大氣相互作用，出現地球上的望遠鏡可以遠程探測到的生命特徵。這些特徵可能是類地氣體成分（氧氣、臭氧、甲烷、二氧化碳和水蒸氣），或是27億年前古代地球的氣體成分（主要是甲烷和二氧化碳，沒有氧氣）。

我們知道一個已經發生過這種事情的行星，就是地球。因此，天文學家的目標是找到與地球差不多大小，循著某一軌道繞恆星運行，且其表面上有液態水存在的行星。這些行星將成為我們探索太陽系外宜居世界和生命特徵的主要目標。

TOI 700系統的三顆行星圍繞一顆小而冷的M型矮星運行。TOI-700d是TESS在宜居帶上發現的第一個地球大小的星球。

TOI-700d行星的可能氣候

為了確定TOI-700周圍的d行星真的存在，吉爾伯特的研究團隊需要通過其他望遠鏡觀測到的數據來確認。TESS在行星穿過恆星前時進行探測，此時恆星的光亮變弱。然而，這種光亮變弱也可能由儀器雜訊或其背後的雙星系統相互遮蔽所產生的假性活躍信號。哈佛大學天體物理中心的喬伊·羅德裡格斯進行了獨立觀測。羅德裡格斯及其團隊通過斯皮策望遠鏡證實TESS所觀測到的TOI-700d行星真實存在。

我和我的學生加布裡埃爾·恩格爾曼-蘇薩使用我們的建模軟體來確定TOI-700d行星上可能出現的氣候類型。因為我們還不清楚該行星的大氣層中可能存在的氣體類型，我們利用氣候模型分析其表面支持海洋存在的氣體成分。恩格爾曼-蘇薩在我的長期合作者艾瑞克·沃爾夫的幫助下，測試了多種大氣組成情況，包括當前地球大氣組成情況（77%的氮，21%的氧，及甲烷和二氧化碳），27億年前地球大氣的組成情況（主要是甲烷和二氧化碳），甚至可能存在於35億年前的火星上的大氣組成情況（大量二氧化碳）。

基於我們的模型，我們發現如果行星TOI-700d的大氣中含有甲烷、二氧化碳或水蒸氣，那就可能是宜居行星。現在我們團隊需要通過詹姆斯韋伯太空望遠鏡來證實這些假設。

生活在像黃石國家公園地熱盆地這樣的惡劣環境中的細菌，為尋找其他行星上的宜居區提供了線索。

新奇世界及其氣候

美國宇航局團隊完成的氣候模擬表明，類似地球的大氣和氣體壓力不足以實現液態水在其表面存在。如果我們把同樣數量的溫室氣體排放到TOI-700d行星上，其表面的溫度仍低於零度。

當前我們地球的大氣層下有海洋存在是因為我們的恆星比TOI-700要大且亮。有一點是肯定的：我們團隊的所有模型都表明，那些渺小黯淡的恆星周圍的行星，其氣候都和我們在地球上所見到的截然不同。

系外行星領域正處於一個從發現它們到了解其大氣特徵的過渡時期。在天文學史上，新技術帶來宇宙新發現，包括發現像熱木星和小海王星的驚喜，而這也是我們太陽系中所沒有的。當前這一階段需要觀測這些行星的大氣層，看看他們是否具有支持生命活動所需的條件。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

translate: 一蘭

author: RAVI KUMAR KOPPARAPU

如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫作者刪除

轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處

相關焦點

  • TESS望遠鏡發現首顆宜居帶中、大小與地球相仿的行星
    據外媒報導，近日，NASA的TESS望遠鏡在一顆恆星周邊的宜居帶中發現了一顆大小與地球相仿的行星。該行星被稱作TOI 700d，距離地球101.5光年，也就是以光的速度要走101.5年。光速有多快？1秒繞地球7.5圈，從地球表面到月球表面需1.255秒，101.5光年有多遠？
  • 美國宇航局發現了地球大小的宜居地帶
    )在其恆星的宜居帶發現了第一顆地球大小的行星。宜居帶是指在適宜的距離範圍內，適宜液態水存在的星球。科學家們利用美國國家航空航天局的斯皮策太空望遠鏡確認了這一名為TOI 700d的發現，並模擬了這顆行星的潛在環境，以幫助未來的觀測.到目前為止，TOI 700d是在一顆恆星的宜居地帶發現的為數不多的地球大小的行星之一。
  • 重看NASA克卜勒舊數據,科學家發現一顆地球大小且位於宜居帶的行星
    當前位置： 首頁  >  興趣圈  >  科幻世界  >  科幻資訊  >  科幻出版 重看NASA克卜勒舊數據，科學家發現一顆地球大小且位於宜居帶的行星
  • 在恆星的適居帶內發現了新的地球大小的行星
    現在，他們宣布在其恆星的宜居帶發現了一個新的地球大小的世界。這顆行星被稱為Kepler-1649c，它圍繞著一顆距地球約300光年的紅矮星運行。這個星系是一顆已經很有趣的行星的家，它被稱為「金星的孿生兄弟」，因為它從它的恆星那裡接收到大量的光。克卜勒-1649c比地球大約6%，比它的伴星略小。
  • 在美國宇航局克卜勒早期數據中發現隱藏有地球大小的宜居帶行星
    在克卜勒太空望遠鏡的數據中，這顆行星的大小和溫度最接近地球。圖片來源：NASA / Ames研究中心/ Daniel Rutter一支跨大西洋的科學家小組利用來自美國宇航局克卜勒太空望遠鏡的重新分析數據，發現了一顆地球大小的系外行星，在其恆星可居住區域內運行，該區域位於恆星周圍，巖石行星可以在其中支撐液態水。
  • 又發現一個地球2.0?宜居帶上並非都宜居
    近日，美國國家航空航天局（NASA）宣布發現了一顆系外行星，編號為TOI 700d，並宣稱這顆行星可能存在液態水。消息一出，「首個可能宜居的地球大小行星被發現」這一話題便迅速登上微博熱搜榜。　　一時間，行星TOI 700d佔盡了風頭。令人好奇的是，它究竟有哪些「資本」可與地球相提並論？
  • 每五個類太陽恆星,就會有一個類地行星,位於它的宜居帶內
    根據一項基於克卜勒太空望遠鏡收集的數據的研究結果顯示，在我們的銀河系裡，大約有五分之一的類太陽恆星擁有與地球大小相當的行星，並且這些行星能夠孕育生命。「這意味著，當我們抬起頭仰望夜空中成千上萬的星星時，最近的，並且在宜居帶中有擁有一顆地球大小行星的類太陽恆星距離我們可能只有12光年遠，我們甚至能通過肉眼看見它，這太神奇了！」
  • 高中生幫NASA發現宜居帶行星
    高中生幫NASA發現宜居帶行星 2020-01-17 11:08 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 比鄰星是距地球最近的恆星,有行星位於它的宜居帶之上嗎?有
    作為地球上唯一的智慧生命，人類的優越感由來已久，可隨著人類對於宇宙認知的加深，傲慢便隨之蕩然無存。在銀河系之中，如太陽一般的恆星有多達數千億顆，當然，這些恆星之間的距離以我們熟悉的尺度來看都是十分遙遠的，而距離地球最近的系外恆星就是比鄰星了，它與我們的距離大約為4.22光年。光速約為每秒30萬公裡，4.22光年就是以光速飛行4.22年所經過的距離。
  • 研究人員發現了數百顆位於恆星宜居帶內的行星
    「這是第一次把所有的零散信息放在一起，為銀河系中可能適合居住的行星數量提供可靠的測量。」論文作者之一、搜尋地外文明計劃研究所系外行星研究員、克卜勒科學辦公室主任傑夫·考夫林說，「這是德雷克方程的一個關鍵因素，可用來估計可能與我們接觸的地外文明數量。在探索宇宙中地外文明的漫長道路上，我們又近了一步。」
  • 地球有了兄弟?NASA發現首個可能宜居的類地行星,距地球100光年
    美國國家航天局（NASA）1月7日在美國天文學年會上宣布發現了一顆與地球大小類似的行星。它處在我們所熟知的宜居帶中。這個距離範圍意味著在其地面上，可能有液態水的存在。此次發現是由NASA的運輸系外行星調查衛星（TESS）所發現，之後，科學家又使用NASA的Spitzer太空望遠鏡確認了這個名為TOI 700 d的行星，並且對行星的潛在環境進行了模擬，以進一步確認它的環境。TOI 700 d是迄今為止，在恆星的宜居帶中發現的僅有少數幾個地球大小的行星之一。
  • 12.5光年外的不易發現的恆星系發現了兩顆宜居帶行星
    類地行星的結構大致相同：一個主要是鐵的金屬中心，外層則被矽酸鹽地幔所包圍。它們的表面一般都有峽谷、隕石坑、山和火山。2015年1月6日，美國天文學家發表聲明稱，理論上講，確定了3至4顆和地球大小几乎相同，並且處於"適居帶"(Goldilocks Zone)的行星，這也就意味著上面有可能有液態水存在。
  • 發現了24顆比地球更宜居的行星，這些備胎靠譜嗎？
    ，聲稱「找到了24顆可能比地球更宜居的星球，並且在這些星球上可能有生命的存在」。此後，科學家們又陸續在其他許多隕石中發現了有機物，當然，這些有機物與地球上的有機物在結構上是有差異的，但是這無疑證實了米勒實驗的結論：形成有機物的化學反應在宇宙中是廣泛存在的。
  • 有些恆星可能有多達7顆宜居行星
    例如，他們已經更清楚地認識到宜居行星到底有多普遍（至少以我們的標準來看是這樣）。事實證明，有相當多的行星可以維持生命的存在。這是一組天文學家和行星科學家得出的結論，他們進行了基於恆星分類的宜居帶大小的研究。在意識到宜居帶內部可以有很多行星穩定運行後，他們得出了結論：那些沒有木星那般大小的氣態巨星的星系，可以有多達7顆宜居行星！
  • 有些恆星可能有多達7顆宜居行星
    事實證明，有相當多的行星可以維持生命的存在。這是一組天文學家和行星科學家得出的結論，他們進行了基於恆星分類的宜居帶大小的研究。在意識到宜居帶內部可以有很多行星穩定運行後，他們得出了結論：那些沒有木星那般大小的氣態巨星的星系，可以有多達7顆宜居行星！
  • NASA最新研究發現，一顆地球大小的行星，位於宜居帶
    科學家也相繼發現了「克卜勒-452b」、「克卜勒-22b」、「克卜勒-186f」...現在，美國NASA又發布說，科學家再次發現一顆與地球非常相似的內地行星，並且還在宜居帶上。發現一顆位於宜居帶的行星就在昨天4號16日，美國NASA在官網發布了一個「發現一顆與地球最相似行星的消息」。
  • 發現了24顆比地球更宜居的行星,這些備胎靠譜嗎?-虎嗅網
    此後，科學家們又陸續在其他許多隕石中發現了有機物，當然，這些有機物與地球上的有機物在結構上是有差異的，但是這無疑證實了米勒實驗的結論：形成有機物的化學反應在宇宙中是廣泛存在的。在這些黑煙囪附近，各種無機物豐富，溫度在數十至數百度之間，在這裡由於海水阻隔了強烈的紫外線，而且能夠提供長期穩定的環境，與此相比，米勒實驗中的還原性大氣中雖然也能形成有機物，但是在地球這樣大氣層較薄的環境中，紫外線極為強烈，對於生命的形成極端不利，因此科學家們越來越開始相信地球上的生命實際上誕生於海底熱泉附近。
  • GJ357b一顆31光年外出於恆星宜居帶的行星,被稱為超級地球
    美國當地時間7月31日，NASA宣布，他們的凌日系外行星勘測衛星，在距離地球約31光年的地方，發現了一顆「超級地球」，而且這顆星球上可能會有生命。這顆名為GJ357d的行星圍繞著一個恆星運行，這個恆星就是長蛇座M矮星GJ357。最近科學家發現了有三顆圍繞著長蛇座M矮星GJ 357運行的系外行星，這顆GJ357恆星的溫度比太陽低40%，質量和體積只有太陽的三分之一左右。
  • 宜居帶對恆星質量的要求
    【作者：餘生】對於恆星質量的統計分析，在銀河系裡面質量越小的恆星數量是越多的，質量越大的數量越少，在小質量恆星周圍產生宜居帶的概率應該更高，但是比質量更大的恆星一般來講不去考慮產生生命的可能性比太陽質量更小的恆星光度和太陽光度相比，它的光度會更小，所以這就意味著它們的宜居帶在範圍上更靠近恆星。
  • 科學家發現22光年外有個7顆行星的恆星系統,有3顆位於宜居帶中
    迄今為止，我們人類仍然只知道我們所在的地球上有生命，然而地球只是太空中的一顆普通星球，地球所在的太陽系也只是銀河係數千億顆恆星系統中的一個，很難說其他地方就沒有生命存在。一直以來，科學家們都在進行著關於地外生命的探索，其探尋的參考對象，就是類似於我們地球這樣的星球——位於某個行星系統中的宜居帶，有了適宜的溫度，有大氣層和液態水存在等等，迄今為止，天文學家們已經找到了數百顆類似地球條件的類地行星，雖然還不敢確定這些星球上面是否有生命存在，但是其可能性是相當大的。