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向地球最近的邻居问好:比邻星b

作者: admin 来源: 未知

导言:离我们最近的一颗恒星位于半人马座,我们称之为半人马座比邻星(有时候简写为比邻星)。最近,在半人马座比邻星附近人们发现了一颗可能适合人类居住的行星,命名为比邻星b。接下来这篇文章将详细讲述目前人类对比邻星b的了解。

    经过了数年的寻找,一个国际天文组织宣称他们发现了环绕比邻星的行星存在的决定性证据。比邻星,也就是离太阳最近的恒星。发现的细节今天会发表在《自然》杂志上(译注,作者写作时间为2016年8月25日),这可能是目前为止最让人激动的系外行星的发现了。

    被发现的行星叫做半人马座比邻星b(或简称为比邻星b),质量可能略大于地球,但跟比邻星的距离合适,因此它的表面可能存在液态水。

    半人马座比邻星是一颗红矮星,距地球仅仅只有4.24光年。虽然它与地球相当接近,这颗恒星的光芒太过黯淡,注定不能被肉眼看到。它的邻居半人马座α却是肉眼可见的最近的恒星了。

    比邻星几乎就在双子星半人马座α的旁边,穿越天空,仿佛跳起一支华美的天空华尔兹。

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欧南台拉西亚天文台直径3.6米望远镜南部的天空。图中展示了半人马座比邻星(译注,橘红色Proxima处)和半人马座α两颗恒星(译注,黄圈α处)的位置。Y. Beletsky (LCO)/ESO/ESA/NASA/M. Zamani

 

    自从人类开始探索系外行星起,比邻星就成为了行星搜索计划的目标。这个新发现使用了欧南台2000年到2014年的观测数据,今年1月19日起到3月31日的一整套额外数据也会被加上。

    多普勒频移法中应用了这项技术。在这种方法中,观测者精确测恒星发出的光线的速度以寻找恒星在太空中向前或是向后运动的证据。

 

半人马座比邻星b的简介

    有明确的证据可以证明半人马座比邻星被一颗行星环绕,也许还有更多。这颗行星大约每11.2天环绕这颗红矮星一圈,它们之间的距离约为700万公里(这可比水星到太阳的距离近多了)。

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以太阳系为标准,比邻星b的轨道在宜居区域内。ESO/M. Kornmesser/G. Coleman

    这颗行星并不是直接观测到的,而是由它环绕的恒星的位置变化推测出来的。因此,它的质量至今没被测出,这个值取决于它的轨道倾斜角有多大。

    从观测数据可以看出,比邻星b相当小,它的最小可能质量仅有1.27倍地球质量。于是事情就变得有趣起来了。

     太阳表面是个大火炉,而比邻星只是一个小小的发光的余烬。行星与比邻星的距离如果跟日地距离一样的话,这颗行星会成为一个大冰球。但假如行星非常接近这颗星球余烬的话,温度可能就刚好合适了。

这就是为什么在理论上我们假定比邻星b跟地球完全类似。它的位置使液态水在它表面的存在成为可能。

 

一个完全宜居的星球?

    比邻星b大小合适、跟恒星的距离适中,但它真的适合人类居住吗?也许吧。孕育一个宜居世界远比找到合适的轨道位置需要的东西多得多。

    比邻星b与它的母星非常接近,它的潮汐几乎固定。这意味着比邻星b朝向恒星的一面将沐浴在日光中永不改变,而它的另一面将远离恒星,沉浸在永久的黑夜里。

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一名艺术家笔下比邻星b的表面,天空中升起的是红矮星半人马座比邻星。半人马座α的AB双星出现在比邻星之上。ESO/M. Kornmesser

 

    多年以来研究者们一直认为这种朝向不变的情况下永远不会有宜居行星出现,因为永夜的那一面过于严寒,行星上的大气会被冻结在表面,留下空气稀薄的冰冷地壳。

    但在合适的大气、合适的天气下,热量会从朝向恒星的那一面传到永夜的一面,维持生命所需的温暖。最近的气候模型支持了这个想法。

这样一个星球完全适合人类居住吗?我们真的不知道——需要了解的还有很多。

 

耀斑爆发和磁场护盾

    固定潮汐并不是比邻星b成为宜居行星的唯一障碍。比邻星是一颗活跃的恒星,它的耀斑爆发可以剥离任何行星的大气层。

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艺术家笔下黯淡红矮星的耀斑爆发。Casey Reed/NASA

 

    跟固定潮汐一样,耀斑爆发并不是影响比邻星b成为宜居行星的最重要因素。如果这颗行星跟地球一样拥有强大的磁场,磁场会成为这颗星球的护盾,保护大气层远离比邻星异常活动的危害。

    这颗行星的质量也支持磁场护盾的想法。如果它跟地球成分相似,那这颗行星可能拥有磁场。

在磁场的作用下,额外的质量带来了额外的放射性物质,这些物质保持行星内部呈熔融状态,反过来促进行星形成保护大气层的磁场护盾。

 

展望未来

    人们开始抢着了解更多有关比邻星b的知识。也许这颗行星的轨道倾斜度会首先被确定下来。它的轨道完美地跟比邻星处于同一平面吗?

    可能性不会太高。但我们已经知道了这颗行星的公转周期,可以预测它什么时候穿过主星轨道,再用我们最好的天文望远镜观测这颗红矮星的变动,以此求得比邻星b的轨道参数。

    如果真的这么做了,行星的轨道倾斜甚至是它的自身质量都会变得明了起来。而且,这样的变换使得天文学家们有机会了解比邻星b的大气层——假如它有的话——在一级、二级变换中通过光谱进行分析。

    然而,我们更有可能看不到行星穿越主星轨道。如果行星会穿越主星轨道,那我们早该发现它了。在这种情况下,一切都很明了。在接下来几年里我们将从主星的光芒中分离出它的形象,我们将能直接绘出它的样子。

    了解比邻星的工作一直在继续。比邻星b的轨道跟比邻星最多有0.4弧秒的倾斜角。这个角度的斜率相当于人类头发的平均宽度与75米长度之比,斜率相当小。

    这只是一个非常小的缝隙,毫无疑问,通过智利的超大望远镜就可以看到它。只是这颗行星在它的主星面前太小了,细若尘埃。

    如果超大望远镜无法找到比邻星b,下一代的天文望远镜(无论是在地球上还是在太空)将会接手这份工作。

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新世界天文台的艺术概念图。该天文台可能会被用来观测比邻星b。NASA and Northrop Grumman

 

    当然,我们还有突破摄星计划。如果我们的技术真能使用纳米航天器到达我们最近的邻居们,比邻星b的发现不过确保了我们的第一目标始终是比邻星,而非半人马座α。


 

本文观点仅代表作者,不代表《科学美国人》。

翻译:叶紫微  审校:李昱

原文链接:https://theconversation.com/say-hello-to-the-earths-nearest-exoplanet-neighbour-proxima-centauri-b-64351

 


关于我

Jonti Horner

Jonti Horner南昆士兰大学的天文学家和天体物理学家。Tanya Hill系外天文学家,墨尔本大学的名誉成员。现在在墨尔本天文馆进行科学传播方面的工作。