類地行星又添“七胞胎”

　　美國國家航空航天局（NASA）2月22日宣布，科學家們在距離地球約40光年外的一顆恒星周圍發現了7顆地球大小的行星，其中，3顆行星中可能會存在液態水，甚至生命。那么，這一重大發現究竟意味著什么？

　　■本報記者 袁一雪

　　此次發現的宜居系統與太陽系統的對比圖。

　　在此次發現之前，天文學家已經發現了5000余顆系外行星和30余個宜居系統，但是每個宜居的系統中通常只存在一個宜居行星，而且類地的行星也只有少數幾顆。此次，科學家們則在一個類地系統中發現了3個宜居行星，實屬難得。NASA更是在社交網站上發帖說：“我們發現圍繞一顆低溫小恒星運轉著7顆巖態行星，它們與地球大小相似，均可能包含液態水——這些都是我們已知的生命存在的要素。”

　　可否與太陽系畫等號

　　在此次發現的系統中，母恒星被命名為TRAPPIST（特拉比斯特）。這一名字源自一個叫做“TRAnsiting Planets and Planetesimals Small Telescope-South”（TRAPPIST；行星和星子凌星的小望遠鏡系統）的望遠鏡項目。中國科學院國家天文臺研究員茍利軍解釋說，該項目利用了位于智利拉息拉天文臺（La Silla observatory）60厘米的望遠鏡。

　　雖然在TRAPPIST-1系統中，7顆行星圍繞母恒星TRAPPIST旋轉，與太陽系中恒星與行星的關系類似，但這也并不能說明TRAPPIST-1系統與太陽系可以完全畫等號。茍利軍在接受《中國科學報》記者采訪時表示，TRAPPIST-1系統與太陽系并非一個概念。首先，TRAPPIST年齡只有5億年，比太陽小45億歲；其次，它的直徑也只有太陽的1/10；第三，它的表面溫度很低，大約為2559K（開爾文），太陽的表面溫度則能達到5770K。

　　因為表面溫度有異，所以從天文學來看，TRAPPIST-1與太陽屬于不同的恒星類型。“TRAPPIST-1恒星的質量約為太陽的1/12，是太陽系鄰近的一顆超低溫矮星。所謂的超低溫矮星，是指有效溫度低于2700 K的M型恒星或亞恒星。”中國科學院紫金山天文臺研究員季江徽告訴《中國科學報》記者。

　　何為M型恒星呢？這里先普及一下恒星的分類。最早哈佛大學天文系的研究人員對恒星依據恒星光譜中的某些特征譜線和譜帶以及它們相對應的強度，同時也考慮連續譜的能量分布將恒星進行劃分。這套恒星分類方式被后人采納并且沿用至今，稱為哈佛系統分類法。這套分類法在一定程度上也反映了恒星的表面溫度和亮度的變化。其中，最熱的O型星溫度約40000K，最冷的M型星表面溫度約為3000K。按照劃分規則，太陽在其中被劃分為K型，TRAPPIST-1則屬于M型。

　　可否“宜居”

　　雖然恒星的表面溫度沒有太陽高，但是TRAPPIST-1系統中的7顆行星并不都屬于宜居行星。我們首先要明白的是，這里提到的“宜居”與“宜居城市”中的“宜居”二字相差甚遠。前者是液態水存在，甚至生命有可能誕生的前提，而后者則是人類更好生活的追求。

　　那么，我們可以比較直觀地判斷一個地區是否適合人類更好地生存，但如何判斷幾十光年外的星球是否生物“宜居”之地呢？“判斷行星系統的宜居帶或者宜居程度的因素包括恒星的光譜型、有效溫度、磁場活動，甚至與行星表面上的溫室氣體循環有關。另外，行星表面是否有液態水，行星上是否有大氣等都是判斷標準。”季江徽解釋說。

　　“雖然TRAPPIST-1中心沒有太陽那么亮，但如果距離中心恒星太近，還是有可能太熱，所以也不太適于液態水存在。”茍利軍說，“在TRAPPIST-1系統中的7顆行星中，估計有3顆行星處于可能的宜居帶中，分別是1e、1f和1g。而且中間的1e行星與地球所接受的光線差不多。所以那個星球的白天有可能與我們在地球上的感受差不多。”

　　在之前科學家們發現的宜居系統中，往往只存在一個宜居行星，而其他圍繞在此恒星系統的行星可能因為距離恒星較近或較遠而超出了宜居的范圍。但此次卻同時發現了3顆宜居行星。

　　茍利軍認為，通常發現和地球類似的系統本來就比較少，更何況同時發現多顆宜居行星的情況更是罕見，這一點在之前探尋到的宜居系統中幾乎沒有出現過。“比如2015年的比鄰星，雖然也是一顆處于宜居帶的行星，但是其直徑與質量都比地球要多。”茍利軍說，“周圍行星對于所研究行星的引力攝動效應，會使所考慮行星的凌星時間發生變化。通過對凌星時間變化的細致觀察，這次觀測對7顆行星中的6顆的質量和半徑都做出了精確測量，與地球非常接近。”

　　對于這個系統中存在3顆宜居系統的問題，季江徽解釋說，一個原因可能是這個恒星的質量比較小，第二個可能性是這幾個行星之間的軌道距離也比較接近。“因為幾顆行星的公轉軌道非常緊致，這讓它們相互之間處于一種近鏈式軌道共振狀態。”季江徽表示，“在TRAPPIST-1系統中被表明的c、d、f 這3顆行星表面反射其恒星輻射的情況和太陽系的金星、地球和火星反射太陽輻射的情況類似。”

　　“行星系統的宜居帶與恒星的光譜型，有效溫度，磁場活動甚至與行星表面上的溫室氣體循環有關，因此不同行星系統的宜居帶不同，一般質量越小的恒星，其光度越低，宜居帶越靠近恒星。”季江徽繼續解釋說。也正是因為此，決定了它們的公轉時間更短。在NASA提供的一張示意圖中不難看出，與TRAPPIST母恒星相距最遠的行星1h的公轉周期也僅約為20天，而與地球光照類似的行星1e，公轉周期僅為6.1天。而距離母恒星最近的行星1b的公轉周期甚至只有1.5天。“在天文學中我們用地球中心點到太陽中心點的距離定為一個天文單位（Astronomical Unit），英文縮寫為AU。也就是說地球到太陽的距離為1AU，距離太陽最近的水星距離為0.387AU。而此次發現的7顆行星，距離母恒星的距離最遠的為0.06AU，最近的僅為0.011AU。”茍利軍告訴記者。

　　可否尋到外星生命

　　數十年來，天文學家們不斷尋找地外生命的線索。他們對于外星生命的執著也源自對于生命起源的好奇，渴望從另外一個擁有類似環境的星球找到與人類相似的生命，進而在浩渺的宇宙中尋找到朋友。

　　但這個過程并不容易。“探測生命的過程很困難，最直接的方法莫過于直接跑到這顆星球上探索一番，但這樣探索的代價極大，且并不現實，登陸火星的好奇號便是一個例子。”茍利軍說，“目前人類尋找其他行星生命存在的前提都以人類的生存環境為模板，即擁有適宜的光照、水以及大氣。”

       但實際上，以人類生命生存的前提條件作為尋找外星人的前提條件是否正確，以及外星生命的存在形式與人類相似還是另有其法，都不得而知。“人類對于事物的認識在不斷進步，就像科學家曾經認為深海火山附近環境惡劣，沒有生物存活，現在證明這樣的認知并不正確。地外生命的尋找可能會經歷同樣的過程。”茍利軍認為。

　　接下來，天文學家們將會繼續探索這些宜居行星上是否也存在大氣，大氣中能否探測到到氧或生命活動產生的氣體特征，以及星球上到底有沒有水。

　　明年，美國將向太空送入一架名為“詹姆斯·韋伯”的望遠鏡，它將在紅外波段上對宇宙進行觀測。或許未來，人類真的可以找到外星的朋友。

(責編：魏艷、趙竹青)