从红矮星上看半人马座比邻星b行星,如上图所绘。 PHOTO ILLUSTRATION BY ESO, M. KORNMESSER
半人马座比邻星是南门二的三合星系统的一部份,图示为数位巡天计划2(Digitized Sky Survey 2)的合成影像。 PHOTOGRAPH BY ESO, DAVIDE DE MARTIN, AND MAHDI ZAMANI
如果一颗行星所在的轨道位置,能够让液态水存在它的表面,那么这一颗行星就被认为位在恒星的适居带上(图中右侧蓝色范围),比邻星b绕着又暗又冷的红矮星,这表示比邻星b要位在适居带上,它与比邻星的距离就必须比地球和太阳的距离还要近许多。 *图表未按照比例绘制
天文学家是用视向速度(radial velocity)的方法,也就是所谓的都卜勒效应,找到了比邻星b的。这个方法是依据轨道上行星对恒星的引力,造成恒星轻微的摆动。
这些轻微的摆动会影响天文学家观测到光的颜色。如果恒星向地球接近,光的颜色就会移向为光谱中蓝色的那一端。而如果恒星远离地球的话,颜色就会移向光谱中的红端。
透过高精密的仪器,地球上的天文学家观察恒星摆动的模式。规律的摆动表示这颗恒星有一颗行星绕行着,这是相当有力的特征。就半人马座比邻星b来说,天文学家观察到一个11.2天的周期模式,这显示有颗行星每11.2天绕行比邻星一圈。
这新发现的行星绕着半人马座比邻星运行,它是距离太阳最近的恒星,这颗行星是已知的行星中距离我们最近的一颗,科学家相信它和地球的质量相当,可能有适合生命存在的环境,在它被发现之前,距离我们最近,而且可能有适合生命存在的行星是Wolf 1061c
据美国国家地理(撰文:Nadia Drake 编译:李煦岱):一颗被半人马座比邻星的光所照亮的星球,距离地球只有4.24光年。
有些行星虽小,但仍能造成极大话题,最近几个星期一直有个传闻备受媒体关注:距离太阳最近的恒星──半人马座比邻星(Proxima Centauri),发现有颗宜居行星绕着这颗红矮星运行着。
现在,天文学家已准备好要揭开这个神秘外星世界的面纱。
位在智利的望远镜确实发现一颗质量与地球相当的行星,环绕半人马座比邻星运行着,这颗恒星只距离我们4.24光年;而且如果条件适合的话,这颗行星的运行轨道使其表面温度足以保存液态水。
位于天空南方的半人马座中的南门二是三合星系统,其中最小的恒星,便由一颗受到微弱红光所照亮的行星所绕行。
南门二向来作为科幻小说的奇异国度,经常被认为是人类航向星际时首先会抵达的地点,也是未来地球遭遇不可避免的灾难时,人们可能逃往的一个避难星球。
哈佛-史密森尼天体物理学中心及突破星摄计划(Breakthrough Starshot project)的顾问阿维·勒布(Avi Loeb)说“50亿年太阳死亡后,地球文明有望移居的地点,最有可能是比邻星周遭那个适合居住、岩石构成的星球。”
突破星摄已经宣布在本世纪末之前,要将小型太空船送往南门二的计划。但别期待很快就可以看到从这颗新行星传回的明信片,即使把太空船加速到光速的20%,那也要花上逾廿年的时间才能抵达比邻星,另外还要4.24年的时间才能将资料传回地球。
对系外行星有兴趣的人,可能会想起这并非首度在南门二里发现行星,2012年有天文学家宣称发现一颗行星绕着南门二B运行,南门二B是类似太阳的恒星,这颗新发现的行星质量和地球差不多,不过这发现却是一个贸然发布的例子。后续观测中,并没有发现这颗行星的存在,很可能只是资料上的杂讯,加上恒星本身的活跃现象,造成行星存在的假象。
有了这项新观测,这个恒星系统加入了数千颗具有行星的恒星行列;要把这颗行星变不见,可需要一位非常厉害的宇宙魔术师。
根据五十四个夜晚的观测,这颗行星存在的证据相当充分明显;光用眼睛读过这些数据就可以看出来,甚至用不着电脑来判断。耶鲁大学的五十度灰格·劳克林(Greg Laughlin)说“这结果再清楚不过了,完全不需用魔术把结果变出来。”
寻找比邻星
一群科学家发现这颗被称为比邻星b的行星,他们是暗红点计划(Pale Red Dot)成员,这是计划名称是由卡尔·萨根(Carl Sagan)描述从远方看地球时,就像个暗蓝点而来的。
科学上来说,这样的发现并不意外,过去十年来系外行星的研究显示,像比邻星这样的红矮星是非常可能有行星的,它们有很大比例就像这颗新发现的行星一样,特征是体积小,表面是岩石构成的,而且够温暖让水能在表面流动。
然而之前在比邻星搜寻行星都没有成功,这令人心动的结果显示比邻星至少有一颗行星存在着,至于是否还有其他的行星呢?正等着科学家们更仔细的搜寻。
当一颗行星绕着恒星运行时,它的重力会拉扯恒星,造成恒星轻微的摆动,较大的行星很自然地会造成较大的摆动,像地球这样的行星造成恒星的摆动就相当的微弱,这需要长时间的观测和非常精密的仪器来量测。
在2000年到2014年之间,对比邻星不定期的观测,就有一颗行星存在的迹象,但是这个结果并不是很肯定,如果就这样宣称有颗行星存在,可能会引起他人讪笑。为了确认有颗行星造成比邻星的摆动,暗红点团队使用地球上最灵敏的恒星摆动观测仪器──高精度视向速度行星搜索仪(High Accuracy Radial velocity Planet Searcher, HARPS),在今年年初时他们用这个仪器来寻找这颗红矮星的行星。
认识隔壁新邻居
自从1988年以来,科学家已经发现了超过3000颗的行星,绕着太阳以外的恒星运行着,其中最近的一颗是比邻星b,它是一颗小的岩石行星,距离我们只有4.24光年远,它有可能位在适居带上。
从位于智利拉西拉的欧洲南天天文台,高精度视向速度行星搜索仪夜夜测量这颗比邻星的摆动,而科学家们热切地期待着接踵而来的每个数据。这个团队立刻就注意到11天数据中的相同模式。接下来大约20天晚上的资料再取得后,纪廉·安格腊达-埃斯库德(Guillem Anglada-Escudé)开始承认或许他们侦测到了一颗行星,然后再经过10个夜晚,他开始草拟一篇论文描述这个发现,这篇论文于8月24日发布于《自然》期刊。
埃斯库德说:“我们试着尽可能保持怀疑的态度,因为我们每晚收集一个点的数据。我们不希望公布发现之后,几个月后又把论文撤回。”
这些数据显示比邻星b的质量是地球的1.3倍,绕恒星运行的周期是11.2天,它所在区域的微弱星光,正好让行星表面的温度能够有流动的水。
行星或恒星?
因为南门二B行星的消失,以及其他原本发现的行星,后来都不见踪影,暗红点团队非常谨慎小心地确认他们的发现。首先,团队回头再次研究本世纪初期的观测资料。当他们使用更先进、更厉害的程式来分析这些资料时,那些令人感兴趣的讯号变得更强了。
接下来,也是非常重要的步骤,团队必须把这11.2天的讯号来自于这颗恒星的这个可能性排除。这不是件容易的事,因为半人马座比邻星会周期性喷发闪焰,爆发强烈的幅射到太空中。
加洲大学柏克莱分校的罗兰·维斯(Lauren Weiss)说:“的确有些测试可以做,这会让你原本以为会是颗行星,变成只是恒星本身活跃的现象。作者们做了所有的测试,而他们的发现到目前为止,行星的假设是站得住脚的”。 ”
暗红点团队所作的其中一个测试,就只是单纯地观察这颗恒星。在合理状态下,从地球上应该可以观测到任何有规律的、不真切的恒星活动。但是透过好几座地面望远镜的观测,并没有出现与这11天期间相符合的恒星活动。
耶鲁大学黛伯拉·费雪(Debra Fisher)说,她认为比邻星的行星是可信的结果,虽然还不能百分之百确定,“没有任何迹象显示它们有关联。”
埃斯库德表示,有些征兆显示比邻星b可能有其他行星:资料中有个额外的讯号可能是来自于一颗以200天轨道绕行的超级地球,但研究团队仍需要再深入研究才能确定这个讯号的来源。
当星星连成一线
除了排除错误的可能性之外,证明是否为行星最受欢迎的方法之一,是用不同的侦测方法把它找出来。科学家已经准备好将加拿大MOST太空望远镜对准比邻星,从地球的角度来观测它的行星是否曾遮掩或经过比邻星。
“如果它确实遮掩、凌越比邻星,那就像击出一支漂亮的全垒打。位于适居带与地球尺寸相当的行星绕行最近的恒星,除非有无线电讯号从它发出来,不然我想不出任何比凌星更好的证据了。”劳克林说。
然而,行星与恒星完美排成一直线,让地球上的天文学家可以观察到凌星现象的机率很低,劳克林认为大约只有2%机率。
科学家尚未分析完MOST 望远镜关于凌星的资料,但是到目前为止,这些资料里“没显示比邻星b是不存在的。”主持MOST望远镜搜寻的哥伦比亚大学大卫·凯宾(David Kipping)表示。
同时,高精度视向速度行星搜索仪更进一步的观测,或其他即将上线使用的精密仪器也会在接下来的数年间,展开进一步观测,来协助确认讯号是来自于这颗行星或是恒星。而接下来数年的测量,只会让结果的可信度提高。
“如果这真的是颗行星,这11天的讯号就不会因为我们观测时间的不同而有所改变。这颗行星应该一直都在那里。如果任何人在几年以后试着再次做同样的观测实验,然而却没有看到相同的结果,那就不是个好兆头。”维斯说
外星生命
虽然这发现令人振奋,但是天文学家还需要一段时间才能告诉我们,比邻星b是否像我们知道的一样:适合生命居住。到目前为止,科学家对这颗行星的自然环境还不够了解,不过根据目前所得到的资讯,它不可能是第二个地球,甚至差远了。
埃斯库德表示,“这颗行星的轨道运行范围还算温暖,但这并不代表它就适合生命存在,这是我们必须加以讨论的议题 。”
首先,除了星球年龄相仿,半人马座比邻星跟太阳没有任何相似的地方。它的质量只有太阳的12%,但磁场比太阳强600倍,而它所发出大部份的光是温度较低的红外线。这颗行星的位置相当靠近比邻星,近到足以让液态水存在,不过比邻星会喷发出与太阳相当的X射线,所以这颗行星也位在破坏性非常高的高能粒子里。
其次是那些即使以红矮星的标准来看、都属于相当激烈的巨大闪焰。比邻星年老后已经不像以往那么活跃,但它在早期曾以惊人频率,向太空发射出强烈的紫外幅射,这可能对这颗行星上的初始生命造成破坏性的伤害。
不只如此,那些恒星的爆发及持续的X射线轰击,可能会侵蚀或剧烈改变大气的组成,这让行星表面失去对致命幅射的保护。
康乃尔大学的丽莎·卡坦奈格(Lisa Kaltenegger)表示:“如果大气更稀薄的话,更多紫外幅射会直射地面,地面上的生命将会往地下、水面下寻找掩蔽,或以其他机制来保护自己。”
另一个较大的可能是,在仅仅距离比邻星七百万公里的情况下,比邻星b有一面是永远面向比邻星的,而另一面则是永远朝向黑暗的宇宙。
所有的这些差异并不能证明生命在比邻星b无法形成和演化,只能说它的生命故事会跟地球截然不同。
卡坦奈格说:“如果那里生命存在的话,生命的形成可能比在地球上还要艰困,但这正是研究这些世界令人兴奋的地方。宇宙中这些世界只有些许不同,却能揭开难以想像的生命多样性。”