宜居行星

适宜人类生存的行星

宜居 行星 (habitable planet;life-bearing planet),天文专有词语,是指适宜人类生存的行星。科学家一直在试图找到这样的行星。如果未来 地球 枯竭后可在这些星球上居住。 美国国家航天航空局2011年2月2日宣布, 开普勒太空望远镜 经过一年多的探寻,共发现了54颗“宜居行星”,可能存在支持生命的条件。

阻碍

对正在不断演化的 宇宙 而言, 地球 早早来到了这个派对。根据一项新的理论研究,在46亿年前 太阳系 诞生时,宇宙中只有8%适合人类居住的 行星 产生。即使再过60亿年 太阳 寿命终结,这个诞生宜居行星的派对仍不会结束,还有92%的宜居行星目前仍未“出生”。

这一结论是基于 哈勃空间望远镜 与 开普勒太空望远镜 的长期观测,后者专注于搜寻太阳系外的行星。这项研究的作者,来自美国太空望远镜科学研究所STScI的彼得·博尔兹(Peter Behroozi)介绍说:“我们主要动机是了解 地球 在 宇宙 未来的处境。与所有在宇宙中形成的 行星 相比,地球其实属于早期形成的行星。”

在观测距今非常遥远的 星系 后, 哈勃望远镜 为天文学家提供了一个随星系成长,宇宙中 恒星形成 过程的“家庭相册”。数据表明,宇宙产生 恒星 的速度在100亿年前非常快,但是参与该过程的氢和氦占气体总量的比例仍然很低。今天,恒星诞生的速度比早期要慢得多,但是依然有足够的剩余气体可用,未来很长一段时间仍不断会有恒星与行星产生。

STScI的莫莉·皮尔(Molly Peeples)说:“在大爆炸结束后, 银河系 内外仍有足够多的物质,未来将继续‘生产’非常多的 行星 。”

开普勒式望远镜 对 太阳系外行星 的搜寻结果表明:位于 恒星 宜居带 内,表面能够存在 海洋行星 且大小和 地球 相仿的行星,在银河系是普遍存在的。根据这一调查,科学家们预测目前银河系内应该存在约10亿颗地球大小的行星,并且其中很多都是像地球这样由岩石组成的 类地行星 。而在目前我们可观测宇宙的范围内,还有一千亿个像 银河系 这样的 星系 ,这样估算下来得到的数字是非常惊人的。

这也给未来在 恒星 宜居带产生众多 地球 大小的 行星 提供了充足的机会,而未来100万亿年 宇宙 中仍将拥有恒星,这样充足的时间行星表面出现什么都有可能。

研究人员称,未来像 地球 这样的宜居 行星 更可能出现在巨型 星系团 或 矮星系 里,因为它们还有足够的气体等物质形成 恒星 和行星系统。相比之下,我们的 银河系 已经用了比较多的物质来形成恒星。

对地球文明而言,在宇宙中早出生的一大优势,就是可以利用像 哈勃空间望远镜 这样强大的设备观测从大爆炸以来宇宙的演化史。而大爆炸与宇宙演化历史的观测证据,如光和其他 电磁辐射 ,将在1万亿年后因为宇宙膨胀失控而被完全抹去。

这项研究被发表在10月20日的 英国 《 皇家天文学会月刊 》上。

必要条件

1.该 行星 所围绕的 恒星 不能太大(需考虑 紫外线 辐射,过大的恒星会放出大量的辐射);

2.该行星所围绕的恒星不能太小(行星需要靠得非常近才能足够温暖,导致 潮汐锁定 ,一面永远对着 太阳 一面永远黑暗);

3.该行星所围绕的恒星必须非常稳定;

4.该 行星 必须在 宜居带 内;

5.该行星所围绕的 恒星 必须是单星,或者至少离其他 伴星 要非常远(不然行星轨道会被扰动,一会贴到太阳上,一会跑到天边);

6.最好 外层 轨道上有几个 大行星 充当保镖(比如 太阳系 里的 木星 土星 ,强大的 引力 使 小行星 或者 彗星 撞向自己,让近日行星处于相对安全的宇宙环境);

7. 行星 必须是类地岩石行星;

8行星表面重力必须和 地球 差不多;

9.大气层气压必须和地球差不多;

10.大气层成分不能太离谱;

11. 地壳 活动不能太剧烈;

12.有强力的保护伞(必须有 磁场 保护)

天文探索

存在探索

2011年2月2日, 美国航空航天局 开普勒太空望远镜 项目首席科学家威廉·博鲁茨基在一场新闻发布会上说, “开普勒”太空望远镜 经过一年多探寻,发现1200多颗 太阳系 外潜在 行星 ,其中54颗可能适宜生命生存。按博鲁茨基的说法,这些 天体 中,54颗处于“宜居区段”,可能适宜生命生存。根据美国航天局定义,处于“宜居区段”意味着一颗 行星 与 母星 保持适当距离,进而为它表面存在 液态水 提供条件。另外,“宜居区段”行星的表面温度大约介于零下17 摄氏度 至93摄氏度之间。

2012年12月可居住 系外 行星 目录列出了太阳系外7颗最可能存在生命的行星。虽然并非所有的行星都被确凿的证实宜居,关于它们的环境仍然有很多需要研究之处。但该目录的确给予 天体 生物学家一个起始点研究 地球 以外的可居住行星。根据阿雷西博波多黎哥大学的研究,以下是我们已知最可能存在生命的7 大行星 。

开普勒-22b

2011年12月5日,美国航空航天局(NASA)宣布,该局通过开普勒太空望远镜项目证实了太阳系外第一颗类似地球的、可适合居住的行星。它也是迄今发现的最小且表面最可能存在液态水的 行星 。科学家们利用 开普勒太空望远镜 在距地球约600光年的一个 恒星系统 中新发现了一颗宜居行星。该行星被命名为“开普勒-22b”,半径约为地球半径的2.4倍,这是被证实的最接近地球形态的行星。 美国航空航天局 总部“ 约翰尼斯·开普勒 ”项目科学家道格拉斯·赫金斯表示,“开普勒-22b”的发现“是我们在发现 地球 孪生兄弟过程中的一个重要里程碑”。

银河系中的发现

2012年3月30日,根据 英国 媒体报道,在一项调查研究中,科学家探索了 红矮星 周围的常见类型的 行星 ,而红矮星被认为是 宇宙 中大多数 恒星 的真实面目。根据统计,大约有40%的红矮星周围存在位于可居住带上的行星,这意味着那儿有合适的温度,使得水呈现液态。但是,截止到2012年还没有办法了解到这些潜在的水世界中有多少是岩质行星,如果是 气态巨行星 就另当别论了,而岩质行星可谓是真正适合居住的世界。

2012年9月24日,据波多黎各大学 行星 宜居环境实验室网站报道,使用欧洲南方天文台HARPS设备的天文学家们在一颗 红矮星 Gliese 163周围 宜居带 内发现一颗新的潜在系外宜居行星。这颗 行星 被命名为Gliese 163c,其质量约为6.9倍地球质量,围绕其中央母 恒星 的 公转 周期约为26天。它已经被归入 太阳系外行星 中的“超级 地球 ”类别,这是指那些质量和地球接近,远小于 木星 乃至 天王星 , 海王星 等 气态巨行星 的系外行星类别。 美国航空航天局 的 开普勒太空望远镜 项目已经在其超过2300颗待确认疑似系外行星候选目标中探测到大约27颗潜在的宜居行星体,其中有一部分看起来似乎和地球非常相似。不幸的是,这些 行星 体和我们之间的距离相比Gliese 163都太过遥远了。

2012年12月10日有媒体称, 美国波多黎各大学 的天文学家正在编制一份 银河系 内、 太阳系 外的“宜居 行星 目录”,这项雄心勃勃的计划已经开始一年,研究人员已经找到了7颗可能适宜生命存在的行星。这7颗行星的名字分别是Gliese 581d、 HD 85512 b 、Kepler 22b、 GJ 667Cc 、 格利泽581g 、Gliese 163c和 HD 40307g 。“宜居行星目录”使用的评估标准包括质量、体积以及接收 恒星 能量的情况等。

开普勒发现

参考消息网1月20日报道美国每日科学网站在1月16日报道称, 美国航空航天局 的 开普勒太空望远镜 发现了一颗恒星以及围绕其旋转的三颗比 地球 稍大的 行星 。其中最外围的一颗行星的环绕轨道正处于“宜居”带上,其表面温度可能适宜液态水产生,甚至还可能拥有生命体。

这颗恒星离我们是如此之近,足以令天文学家仔细研究其行星的大气环境,以确定是否适宜生命繁衍。

由 亚利桑那大学 科学家伊恩·克罗斯菲尔德牵头的多国、多机构研究小组发现了这颗由三颗行星环绕的 恒星 。虽然开普勒太空望远镜在失去了至关重要的掌控方向的轮子后变得“一瘸一拐”,但它仍然拍下了这颗有三颗行星环绕的恒星。

这颗名叫EPIC 201367065的恒星是一颗温度较低的红色M型 矮星 。质量和大小约为 太阳 的一半。该恒星距 地球 约150光年,是离我们最近的10颗拥有凌日 行星 的恒星之一。

加利福尼亚大学伯克利分校 的研究生埃里克·佩蒂古拉说,这三颗行星的体积分别是地球的2.1倍、1.7倍和1.5倍。其中最小的,也是最外侧的行星与主 恒星 的距离适宜,这使得它所接收的来自主恒星的光线与地球从太阳处接收的光线相似。这三颗行星从主恒星处接收的光强度分别是地球接收太阳光强度的10.5倍、3.2倍和1.4倍。

“截至目前,我们所发现的大多数行星温度都很高。这个 恒星系统 是离我们最近的一个拥有温和凌日 行星 的恒星,”佩蒂古拉说,“最外侧的行星很可能拥有类 地球 的多岩石地貌,而这就意味着这颗行星很可能拥有合适的温度以产生液态海洋。” 

2016年5月10日, 美国航空航天局 美国航空航天局官方宣布, 约翰尼斯·开普勒 项目最新确认了1284颗 太阳系外行星 的存在,这也是有史以来发现系外行星规模最大的一次,其中有9颗是适合居住的。   

最新发现

据美国太空新闻网站报道,近期,天文学家发现一颗 类地行星 存在于最邻近地球的 恒星系统 的宜居地带,这颗恒星是 比邻星 ,他们认为这颗宜居行星潜在着生命形式。但它并非唯一邻近 地球 的宜居行星,迄今为止,现已探测到5颗潜在生命的邻近类地行星  。

然而对于最新发现的 比邻星b 仍需进行了大量的勘测分析,目前天文学家现已探测到这颗 行星 的部分特征:这颗类地岩石宜居行星距离地球4.2光年;它的最低质量是地球的1.3倍;它每隔11.2天环绕一周比邻星。

同时,天文学家还指出,比邻星b位于比邻星宜居地带,这意味着该行星在一个安全距离环绕 恒星 运行,这颗行星表面不太热,也不太冷。基于这样情况,天文学家表 示,比邻星b表面可能具有适宜温度,允许液态水的存在,意味着 太阳系外行星 支持着某些生命形式。以下是天文学家探测到邻近 地球 的5颗宜居行星:

沃尔夫1061c

这颗系外行星距离地球13.8光年,位于 蛇夫座 星座 ,可能是仅次于 比邻星b 的第二颗最邻近地球的宜居行星。沃尔夫1061c位于 红矮星 沃尔夫1061的宜居地 带,它完整环绕主恒星一周大约17.9天,其质量大约是地球的4.3倍。沃尔夫1061c被认为是一颗岩石 行星 ,意味着它可能支持生命存在。

葛利斯 832c

这颗行星距离地球略远一些,但是它具备许多地球的特性,暗示着它可能支持生命存活。葛利斯 832c距离 地球 仅16光年,位于红矮星葛利斯 832的宜居地带,它环绕主 恒星 一周仅需36天。天文学家将这颗行星称为“超级地球”,因为它的质量至少是地球的5倍,实际上,它是葛利斯 832恒星周围发现的第二颗行星,另一颗行星叫做葛利斯 832b,是一颗 气态巨行星 ,很可能无法孕育生命。

葛利斯 667Cc

这颗 太阳系外行星 也被称为“超级地球”,因为它的质量至少是地球的3.9倍,它环绕 红矮星 葛利斯 667C运行,是距离地球22.7光年的 三星系统 的一部分,位于天蝎星座。葛利斯 667Cc位于主 恒星 的宜居地带,环绕恒星运行一周需要大约28天时间。

特拉比斯特-1d

这颗系外行星环绕超级冰冷的矮星特拉比斯特-1运行,距离 地球 大约40光年,位于宝瓶星座,同时,特拉比斯特-1d位于恒星宜居地带之中。2016年5月2日,天文学家宣称发现特拉比斯特-1系统,该行星系统中存在3颗 类地行星 环绕这颗 矮星 。

葛利斯 163c

这颗 太阳系外行星 潜在宜居生命,距离地球49光年,位于 剑鱼 星座 ,葛利斯 163c的质量大约是地球的7倍,因此被称为“超级地球”。它位于葛利斯 163 恒星 的宜居地带,环绕恒星运行一周需要26天,它是环绕该恒星运行的两颗 行星 之一。

宜居行星简介

Gliese 832 c

研究人员表示,这可能是迄今为止发现的距离我们最近的系外行星,而且也许它拥有与我们地球上一样的温度,只是季节变化比我们更大。一个国际天文学小组称,这颗 太阳系外行星 位于 恒星 Gliese 832的“可居带”里,即距离主星不远也不近,因此这颗行星表面可以存在 海洋行星 。Gliese 832c每36天围绕主星运行一周。然而它的主星是一颗比我们的太阳更昏暗、温度更低的 红矮星 ,因此,尽管Gliese 832c的运行轨道距离主星更近,但是它接收到的 恒星 能量,大约与我们的地球一样多。

美国阿雷卡纳特波多黎哥大学 行星 适居性实验室负责人 阿贝尔- 门德兹-托雷斯说:“这些因素促使Gliese 832成为3颗最像 地球 的行星之一,并是最靠近地球的3颗行星之一,成为接下来要进行观测的一个主要目标。假设这颗 行星 具有类似的地球大气,也许它会拥有像地球一样的温度,只是季节变化更大。”然而,这颗 行星 的主要成分和大气等其他未知因素,将会导致这颗行星与 地球 存在很大不同,甚至是不可居。该科研组写道:“迄今为止Gliese 832的两颗行星就是我们的 太阳系 按照比例缩小的版本,它拥有一颗位于内侧的潜在的 类地行星 和一颗位于外侧的类似 木星 的巨型行星。这颗巨型 行星 在Gliese 832系里可能也起着类似于木星在我们的太阳系里所起的动力作用。”

格利泽581g

这颗 行星 的发现非常具有争议性。它首次发现于2010年,但证实它身份的过程却非常曲折。波多黎哥大学却坚称它是最可能存在外星生命的行星候选者。这颗多岩石行星距离 地球 20光年,质量大约是地球的2至3倍。它环绕着自己的 母星 位于 天秤座 的 格利泽581 以30天的周期 公转 。图:这张艺术家印象图显示了 格利泽581g 系统内的四颗 行星 以及它的 宿主 恒星 。前景图里的行星是格利泽581g,它位于恒星可居住区,然而有的科学家却对格利泽581g是否真的存在表示质疑。

格利泽667Cc

另一颗超级地球格利泽667Cc距离地球也非常近:它位于距离地球22.7光年的 天蝎座 。该 行星 大小至少是地球的4.5倍,环绕自身恒星的公转周期为28天。该行星的母星GJ 667C其实是一个 三星系统 的一部分。该恒星是一颗M级的矮恒星,质量大约为 太阳 的1/3。离 地球 大约6.97秒差距(22.7光年)。除了三个相互有 引力 约束的 恒星系统 外,它还包括第四个光学密近成员( 视星等 为12),这个第四成员与上述三恒星系统没有引力约束,但用裸眼看来这四颗星就仿佛是一颗 暗星 ,视星等为5.89。该系统有着相对较高的运行速度,每年超过1角秒。

开普勒-22b

2011年12月5日, 美国航空航天局 (NASA)宣布,该局通过 开普勒太空望远镜 项目证实了 太阳系 外第一颗类似地球的、可适合居住的 行星 。它也是迄今发现的最小且表面最可能存在液态水的行星。虽然开普勒-22b体积比 地球 大,但它环绕的 恒星 在大小和温度方面都与 太阳 相当。开普勒-22b体积是地球的2.4倍。假设它产生的 温室气体 效应与地球上的相似,那么它的地表温度大约为72华氏度(22 摄氏度 )。它的 恒星系统 距离太阳600光年,位于 天鹅座 。

HD40307g

超级地球“HD40307g”位于恒星可居住区内。它位于画架座,距离地球42光年。由于它距离地球非常近。因此未来望远镜或可能观测到它星球表面。它距离恒星5600万英里(9000万公里),大约是 地球 太阳距离(9300万英里,也即1.5亿千米)的一半。图:艺术家印象图显示新发现的外来 行星 HD40307g,它和宿主 恒星 以及两个其它行星组成一个六星系统。

HD 85512b

2011年利用位于 智利 的高精度径向速度行星搜索器仪(HARPS)发现了50颗行星宝藏,其中之一便是HD85512b。是绕行位于船帆座的K型 主序星 HD 85512 (又称为格利泽370)轨道上的行星,距离地球约36光年,又称为格利泽 370b(Gliese 370b)。因为HD85512b的质量至少是地球质量的3.6倍,所以HD 85512b被认为是一颗超级地球,也是科学家直到目前为止所发现最小的 行星 之一,正好位于适居带的边缘。2011年8月17日发现的HD 85512b与格利泽581d被认为是适合人类居住的候选行星。研究人员希望有朝一日能够查明该行星表面是否存在水。

格利泽163c

这颗行星质量大约是 地球 的7倍,母 恒星 是 红矮星 格利泽163 。母恒星与地球的距离大约是49光年或15秒差距,位于 剑鱼座 。格利泽163c是 行星系 三颗行星的其中一颗,质量至少是地球的6.9倍,因此被分类为超级地球(2.5到10倍地球质量 类地行星 )。它很可能是一颗非常大的多岩石行星或者矮 气态巨行星 。格利泽163c以26天的周期环绕自身黯淡的恒星公转。右图:超级地球格利泽163c的艺术家印象图,该 行星 或可能支持微生物存在。是一颗可能适合居住的 太阳系外行星 。

格利泽581d

格利泽581d 绕行位于 天秤座 的 红矮星 格利泽581 ,距离 地球 约20.5光年。它的质量为地球质量的8倍,被认为是一颗超级地球。于2007年发现 格利泽581g d的科学家小组在2009年4月下旬借由新的观测结果判断该行星位于适居带当中,意味着它可能有液态水或生物存在。至少一项研究支持格利泽581d或可能存在厚厚的 二氧化碳 大气层。该行星环绕一颗红矮星运行,同时它还是另外一颗潜在可居住行星格利泽581g的姐妹行星。

太阳系 外迄今“最像地球”的 行星

北京时间2013年4月19日电 美国航空航天局 等研究机构18日宣布, 开普勒太空望远镜 已观测到太阳系外迄今“最像 地球 ”的行星,这一发现使“人类向找到一个类似家园的地方又走近了一点”。

研究人员当天在《科学》杂志上报告说,有两颗行星位于一个名为 开普勒62 的 行星系 的“ 宜居带 ”中,这里温度条件适宜,理论上其表面可保有液态水,甚至可能有少许大气。这也就意味着,那里可能有生命存在。

开普勒-62行星系统距地球约1200光年,位于 天琴座 。在该系统中,5颗 行星 围绕一颗 恒星 运行,开普勒-62e和 开普勒62f 是其最外围的两颗,它们的体积分别只有 地球 的1.6倍和1.4倍,受到的热量辐射也只是地球的1.2倍和0.4倍,公转周期分别为122天和267天。

尽管研究人员猜测这两颗行星主要是由岩石或冰构成的固态行星。但他们也表示如今还无法断言它们是否“宜居”。只有在获得它们的相关大气频谱特性后,研究人员才能清楚它们是真的“宜居”。

参与研究的美国 圣母玛利亚大学 天体物理学家贾丝廷·克雷普斯说:“从其半径和公转周期看,这两颗行星是迄今我们发现的最像地球的 太阳系外行星 。”美国航天局科学任务委员会副主任 约翰·格伦斯菲尔德 则指出,这一发现使“人类向找到一个类似家园的地方又走近了一点”。

此外,另一个研究小组的天文学家还利用 开普勒式望远镜 的观测数据发现,位于 天鹅座 的行星系统开普勒-69也拥有 宜居带 行星 KOI-172.02 。

开普勒-69位于天鹅座,其 恒星 尺寸为太阳的93%、亮度为太阳的80%,距 地球 约2700光年,而开普勒-69C尺寸为地球的1.7倍,公转周期为242天。天文学家在《天体物理学杂志》上报告了这一成果,并称这是迄今发现最接近 太阳系 的行星系统。

“宜居带”是指恒星周围特定距离范围,在这一范围内水可以以液态形式存在。 类地行星 一直是太空研究的热点之一,美国 开普勒太空望远镜 对超过15万颗恒星附近位于“ 宜居带 ”的类地行星进行了观测,迄今已发现100多颗类地 行星 。 

存在价值

银河系 内有一亿多个地方或可以支持复杂生命的存在。科学家们调查了1000多颗 行星 并使用了考虑行星密度、温度、基质(液体、固体或者气体)、 化学过程 、与 恒星 的距离以及年龄的公式。利用这些信息,他们计算并提出了生物复杂性指数(Biological Complexity Index,简称BCI)。

BCI计算表明1%-2%的 行星 的BCI等级高于木星的卫星 木卫二 ,后者据称存在一个地下全球性海洋,或可能支持生命形式的存在。考虑到 银河系 内大约有100亿颗 恒星 ,BCI的结果暗示了1亿颗可能的宜居 行星 。

尽管或可能支持复杂生命存在的 行星 数量非常多,银河系是如此广袤以至于具有较高BCI值的行星相距都非常遥远,科学家们这样表示。最临近也最有潜力的 系外行星 系统是 格利泽581 ,它拥有两颗明显可能支持复杂 生物圈 的行星。 地球 距离格利泽581大约20光年。

“看来我们独立存在的可能性非常低,”研究人员说道。“然而那些复杂程度与我们相当的生命形式可能距离我们非常遥远,在可预见的未来与这些外星生命见面是不太可能的。”

参考资料

  1. 美国航天局称在太空发现54颗“宜居行星”2011-02-04 09:45 来源: 广州日报 www.hinews.cn 2011-02-04
  2. 新浪:50光年外发现潜在宜居行星:地表60度左右 2012年09月24日 tech.sina.com.cn 2012-09-24
  3. 地球邻近区域存在着五颗潜在生命的宜居行星 - 媒体扫描 - 中国天文科普网——中国网上天文台 http://www.astron.ac.cn/bencandy-2-14432-1.htm 2021-11-16