宇宙深处,是否存在另外一个世界,生机勃勃?
无尽夜空,群星璀璨,生命可能并不孤独。
图源:yoshiyalab
我们的地球位于太阳系。太阳系外是浩瀚的宇宙。银河系由多达2千亿颗恒星组成,太阳也不过是其中普通的一颗罢了。那太阳系外也存在像地球这样的行星吗?答案是肯定的。那在已经发现了的数千颗行星上也存在生命吗?人们也许会存在这样的疑问。那种存在于太阳系外像地球一样的行星被称为太阳系外行星,或者系外行星。
什么是行星?
地球就是一颗行星。所谓行星,就是自身不发光,围绕像太阳那样会发光的恒星旋转的天体。围绕我们的太阳旋转的行星有八颗。从太阳由远及近依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。虽然之前冥王星也被认为是行星,但后来由于行星的确切定义更改而被除名。
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行星这个名字寓意在星空中行走的星星,之所以被这样称呼,是因为人们发现这些星星与组成天球上固定星座的恒星不同,它们好像可以在天球上自由运动。人们之所以能在夜空中看见本身并不发光的行星,是因为它们可以反射太阳光。由于与其它恒星相比,它们与地球的距离要近很多,所以在地球上看来,它们依然很明亮。
系外行星的探测方法
人们在太阳系外发现了很多系外行星。这些行星距太阳系十分遥远,在中心母星耀眼亮度的映衬下基本上不可能被直接观测到。顺便说一下,太阳的直径是地球直径的104倍。
图解:系外行星的日食。图源:yoshiyalab
那么,到底怎么探测系外行星吗?1992年人们首次发现系外行星,其后,系外行星不断被发现。在那之前,已经有很多天文学家相信系外行星的存在,并提出了各种各样的探测方法。
最初发现的系外行星,是通过一种被称为脉冲星的明暗变化的中子星发现的。中子星是普通恒星死后的残骸。此首次发现所使用的方法并不常用,只能用于脉冲星,被称为脉冲星计时法。脉冲星具有规则的明暗变化,而行星的出现则会对这种规则产生影响。帮助找到这颗令人难忘的系外行星的脉冲星是PSR B1257+12。
图解:脉冲星PSR J1930-1852的艺术想象图。图源:yoshiyalab
多普勒光谱和凌日法是探测系外行星常用的两种方法。其中,多普勒光谱法也被称为径向速度法。这种方法的原理是由于行星引力的牵引,中心恒星会发生摇晃,从而人们能够探测到行星的存在。这种方法利用了光的多普勒效应。所谓光的多普勒效应,就是光源发出的光会随着光源的移动而发生改变。当光源远离观察者时,光会向红光方向移动。反之,光会向蓝光方向移动。利用这种方法发现的系外行星,多是大质量的木星型行星。
很多行星都是通过凌日法发现的。行星经过恒星表面时会挡住一部分光,从而使恒星的亮度降低。利用这种亮度变化来探测行星的方法即为凌日法。日食就是因为月亮将太阳挡住使太阳光无法到达地球而引起的。虽然月亮大到足以几乎完全将太阳挡住,但系外行星却并没有那么大,他们只能挡住恒星发出的光的一部分。但即便如此微弱的光度变化,也足以让科学家们探测到系外行星。刚刚退役的开普勒空间望远镜就很擅长用这种方法探测系外行星。由于在宇宙空间中不受大气湍流的影响,所以对光度改变的探测更加灵敏。仅开普勒望远镜就发现了约2600颗系外行星。
图解:WASP-107b的艺术想象图。图源:yoshiyalab
系外行星的种类
人们发现了数量众多的系外行星,其种类也纷繁不一。下面介绍几种。
热木星通常是利用多普勒光谱发现的。它们是一种轨道离主星很近温度很高体积和木星相近的行星。
超级地球虽然和地球一样都是岩石行星,但它们却比地球大数倍。虽说是地球型,但却并不一定适合生物生存。
适居行星与中心恒星的距离很适合液态水的存在。但由于适居行星包含了各种各样的行星,所以并不能说一定存在生命,不过是很不错的候补。
古德洛克行星是一种位于适居带并且大小与地球相仿的行星。古德洛克行星上很有可能存在生命,甚至存在进化也说不定。
典型系外行星
下面介绍几颗典型的已发现的系外行星。
比邻星b是距太阳系最近的恒星系统中的一颗行星。恒星系统南门二,是一个三星系统。三颗恒星互相绕彼此公转。稍微靠外一些的那颗星就是比邻星。而凭借这颗比邻星发现的系外行星就是比邻星b。所用的方法是多普勒光谱法。由于这颗行星位于适居带,所以它上面很有可能存在液态水。或许,地外生命真的存在。
图解:已处理的半人马座α星A和半人马座α星b的钱德拉空间望远镜成像。来自欧洲南方天文台。图源:yoshiyalab
2M1207b是一颗直接被拍摄到的行星。图像由智利甚大望远镜VLT在红外波段捕获。
图解:2M1207(蓝色)和2M1207b(红色)的红外成像。在地球上的夜空中,这两颗星相距不到一角秒。该图片由欧洲南方天文台8.2米甚大望远镜拍摄。图源:wikipedia
德拉古尔(PSR B1257+12 b)是质量最小的系外行星。它与第一颗被发现的行星绕同一颗脉冲星公转,其质量是月亮的两倍。
HR 2562b是质量最大的系外行星,由双子行星影像发现。其质量约为木星的30倍,可能是质量最小的棕矮星。
TRAPPIST 1e是一颗位于适居带的系外行星。在恒星系统TAPPIST 1中,同时发现了七颗行星,其中不乏很有可能存在生命的行星。
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虽然如今已经发现了很多系外行星,但经计算,系外行星的总数超过一百万颗。在如此多行星中,认为生命仅仅出现在地球上,未免有些不合理。虽然人们对于适居带的行星上是否存在生命很感兴趣,但仅凭现在的技术,还没办法到达宇宙的深处。但,也许,科学家们能够找到一种探寻生命痕迹的优良方法。接下来的研究,请拭目以待。
作者: はてブ
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