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日志

 
 

比邻星发现宜居类地行星,只有4光年远!  

2016-08-29 11:02:26|  分类: 科学研究(新发现) |  标签: |举报 |字号 订阅

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比邻星发现宜居类地行星,只有4光年远! - 月儿弯弯 - wang.zhou.803 的博客

 天文学家在距离太阳最近的恒星——半人马座比邻星周围发现了一颗行星。在这幅艺术家绘制的想象图中,比邻星这颗红矮星出现在这颗行星的地平线上方,而在比邻星这颗“太阳”的右上方还能看到另外两颗亮星,它们是半人马座α(南门二)双星。这颗行星比地球略大一些,处在比邻星的宜居带内,温度适宜让液态水存在于行星的表面。图片来源:ESO/M. Kornmesser

天文学家利用欧洲南方天文台(ESO)的望远镜,以及其他天文观测设施,已经找到了确凿的证据,表明有一颗行星正围绕着距离太阳最近的恒星——半人马座比邻星(Proxima Centauri)运转。这颗人们搜寻了很久的行星,编号为比邻星b,每11天就绕着它那颗寒冷的红色母星公转一圈,温度也适合液态水存在于它的表面。这颗岩石星球只比地球略重一点,是离我们最近的系外行星——或许也是距离我们最近的太阳系外生命可能的居所。描述这一里程碑式发现的论文,2016年8月25日将发表在《自然》杂志上。

比邻星是一颗红矮星,距离太阳系只有4光年多一点,是除太阳以外离地球最近的恒星。这颗温度较低的恒星位于半人马座,太过黯淡而无法用肉眼看见,附近还有另外两颗比它明亮得多的恒星——半人马座α(南门二)A和B。

上面那张照片展现了欧南台拉西亚天文台3.6米望远镜的圆顶,以及圆顶上方的南天星空,具体星座及南门二和比邻星的位置参见图注。下方两张插图则是哈勃空间望远镜拍摄的南门二双星(左下)和比邻星。比邻星是距离太阳系最近的恒星,天文学家发现那里有一颗行星。图片来源:Y. Beletsky (LCO)/ESO/ESA/NASA/M. Zamani

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 2016年上半年,欧南台设在智利拉西亚天文台的3.6米望远镜,利用HARPS摄谱仪对半人马座比邻星进行了定期观测,同时还通过世界各地的其他望远镜对它进行监测。这一观测项目被称为“黯淡红点”(Pale Red Dot),在英国伦敦玛丽王后大学的吉列姆·安格拉达-埃斯契德(Guillem Anglada-Escudé)的带领下,一个天文学家团队试图寻找这颗恒星细微的前后摇摆——如果有行星绕着这颗恒星旋转的话,行星的引力就可能导致恒星出现这样的运动。

由于这一课题在公众间引发了极为广泛的兴趣,从2016年1月中旬到4月,整个观测项目所取得的进展都通过“黯淡红点”网站及社交媒体对外公开。《自然》杂志上即将发表的那篇报道,也配发了世界各地其他专家撰写的几篇延伸阅读文章。

吉列姆·安格拉达-埃斯契德解释了这项独特研究的背景:“可能存在一颗行星的最初线索出现在2013年,但当时的探测结果并不是很有说服力。从那时起,我们就一直在努力推进,在欧洲南方天文台及其他天文台的帮助下,通过地面望远镜取得进一步的观测。最近进行的‘黯淡红点’项目就是规划了大约2年的结果。”

这张图片展示了一些天体的大小比例,包括南门二双星和比邻星,以及其他一些大小已经被甚大望远镜干涉仪(VLTI)精确测量的恒星。太阳和木星也被绘制在图中,作为对比。可以看出,比邻星是一颗非常小的恒星,直径甚至只比木星大一点点。图片来源:ESO

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 “黯淡红点”项目获得的观测数据,结合欧南台及其他天文台此前对比邻星的观测,揭示出了明确的信号,指向了一个真正令人激动的结果。有时,比邻星以每小时大约5千米的速度靠近地球,大概相当于人类正常的步行速度,有时它又以同样的速度远离地球。径向速度上的这种有规律的变化模式,每过11.2天就会重复出现一次。根据多普勒效应,这样的径向运动会导致比邻星的光谱发生微妙的偏移。通过对这些偏移的细致分析,科学家推断那里存在一颗质量至少为地球1.3倍的行星,在大约700万千米的距离上绕着比邻星运转——这个距离只有太阳到地球距离的5%。

吉列姆·安格拉达-埃斯契德对过去几个月来他的兴奋之情作了如下评论,“在‘黯淡红点’项目持续进行的那60个夜晚,我每一天都在检验这个信号是否保持一致。头10天的数据看起来很有希望,头20天的数据与预期相符,到了第30天,结果已经相当明确了,所以从那天开始我们就在撰写论文了!”

艺术家画笔下的比邻星b,这颗行星绕着距离太阳系最近的恒星——比邻星运行。半人马座里明亮的南门二双星也出现在画面中的行星和比邻星之间。比邻星b质量比地球略大,在宜居带内绕着比邻星旋转,可以有液态水存在于行星表面。图片来源:ESO/M. Kornmesser

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 比邻星这样的红矮星是一类活跃的恒星,它们能够通过多种方式发生变化,“模拟”出一颗行星存在的信号。为了排除这种可能性,在“黯淡红点”项目持续进行期间,天文学家团队还利用智利圣佩德罗德阿塔卡马天文台的ASH2望远镜和拉斯昆布瑞天文台全球望远镜网络,对比邻星的亮度变化进行了极为仔细的监测。比邻星发生耀闪时采集的径向速度数据,在最终分析时被排除掉了。

尽管比邻星b环绕恒星公转的轨道,要比太阳系里水星环绕太阳的轨道更近得多,但比邻星本身也比我们的太阳要黯淡得多。结果就是,比邻星b非常舒适地处在比邻星的宜居带内,估算出来的表面温度允许水以液态形式存在。尽管轨道适宜,但比邻星b这颗行星的表面环境,或许还会受到来自那颗恒星的紫外线及X射线耀闪的剧烈影响——要比地球所受来自太阳的高能辐射强烈得多。

这张信息图示将比邻星b的行星轨道与太阳系里的同一区域作了对比。比邻星比太阳更小,温度也更低,这颗行星环绕比邻星的轨道也远比水星环绕太阳的轨道要近得多。新发现的这颗行星位于比邻星的宜居带内,液态水能够在这颗行星表面存在。点击图片可以放大。图片来源:ESO/M. Kornmesser/G. Coleman

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 两篇独立的文章探讨了比邻星b的宜居性及气候。他们发现,目前还无法排除这颗行星上存在液态水的情况,如果真有液态水存在,那么水也可能只存在于这颗行星上阳光最充足的区域,不是这颗行星永远朝着比邻星的那一面(同步自转),就是赤道带附近(3:2共振自转)。比邻星b的自转、来自比邻星的强烈辐射,以及这颗行星的形成历史,使得那里的气候与地球全然不同,不太可能拥有季节变化。

尽管比邻星实际上要比太阳小很多,但由于距离很近,在新发现的行星上看来,比邻星的大小是地球上看到太阳大小的3倍。图片来源:ESO/G. Coleman

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 发现这颗行星只是一个开始,未来天文学家将对它展开更全新的观测,不论是使用现有设备,还是使用下一代的巨型望远镜,比如欧洲特大望远镜(European Extremely Large Telescope,E-ELT)。比邻星b将成为在宇宙中其他地方搜寻生命存在证据的首要目标。事实上,半人马座α南门二系统也将是人类首次尝试星际旅行,也就是所谓的“突破摄星”计划的目的地。

吉列姆·安格拉达-埃斯契德总结说,“尽管已经找到了许多系外行星,而且未来还会找到更多,但搜寻最近的类地行星并取得成功,对我们所有人来说都是终生难得的一次体验。许多人的故事和努力都汇聚于这一发现。这个结果对于他们所有人来说也是一份大礼。接下来的任务是,在比邻星b上寻找生命……”

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