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比邻星b会是人类的“新殖民地”吗?

作者:admin    来源:用户投稿    时间:2019.1.28       浏览: 8702次

 

南门二(Riger Kenttaurus)即半人马座α,是全天第三亮星,视星等约为-0.01等,也是最近的亮星,但其实它的发光能力与太阳差不多,绝对星等只有约4.38等。它是由甲、乙、丙三星组成的目视三合星。中国南方地区可以看到它,是离太阳最近的恒星系统。

南门二是距离太阳最近的恒星系,只有4.37光年(约277,600天文单位)。比邻星(Proxima Centauri)通常被认为是这个恒星系的成员,距离太阳只有4.24光年。因为南门二距离地球相对较近,所以在关于星际旅行的冒险小说中,理所当然将它当成"第一个停靠港口",并预测在人口爆炸时甚至会对这个恒星系进行开发与殖民活动。那么这些猜测会不会真的实现呢?有记者对上海天文台左文文博士及西澳大学天体物理学博士生刘博洋进行了专访。看看人家专家是怎么说的。

相对大小图(从左至右:太阳、半人马座α星A、半人马座α星B、比邻星

8月25日,《自然》杂志发表了一篇具有里程碑意义的论文: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,在距离太阳最近的恒星——半人马座比邻星(Proxima Centauri)的旁边,发现了一个处在宜居带上的类地行星,这颗行星上不仅极有可能有液态水,而且它还离我们特别近,大概只有4光年多一点点的距离。

  这个新闻可是令地球人集体乐翻了天:地球终于不再孤独了?人类终于找到第二故乡了?我们是不是很快就可以去邻居家串门了?

  如果你现在处于这种发烧的状态,或许需要降降温。因为,这个发现虽然意义重大,但人类目前对这个新邻居的诸多细节都还不甚清楚。对于人类而言,这颗星球究竟是伊甸园还是“地狱”,仍有许多谜团待解。

比邻星b的“一年”是11天

  首先,这颗新发现的行星,究竟是个什么情况?

  它位于半人马座α星内——等等,这个名字怎么那么熟悉?它不就是科幻小说《三体》里所说的三体人的老巢吗?

  没错。半人马座α星正是小说中描述的那种三合星系统,也就是有三颗类似于太阳的“恒星”。它们分别被命名为半人马座α星A、半人马座α星B和半人马座α星C,其中A星和B星相距较近,组成了一个双星系统,另有一颗“小不点”C星,则在较远处受到引力作用与这个双星系统相互关联。这个“小不点”因为是除太阳外距离我们最近的一颗恒星(大概4.22光年外),所以又有个名字叫比邻星,而新近发现的这颗行星,就是在围绕这颗比邻星转动。科学家给它命名叫比邻星b.

  比邻星距离我们4.2光年,是一颗红矮星,质量为太阳的0.12倍,半径为太阳的0.14倍,温度大约是3000K(太阳表面温度约6000K)。它的年龄是48.5亿年,和太阳差不多(46亿年)。比邻星b是一颗类地行星,质量在地球的1.27倍以上,半径在地球的1.1倍以上,距离比邻星0.0485天文单位,公转周期11天。

  是否宜居:

  有利条件:表面温度适宜 存在液态水?

  “不管是恒星还是行星的条件都太好了,这完全就是我们最想看到的,简直激动人心。”美国哥伦比亚大学的天文学家David Kipping说。

  上海天文台左文文博士告诉记者,这次发现之所以让很多科学家都掩饰不住自己的心花怒放,是因为这颗行星很难得的恰好位于宜居带中。

  判断一颗行星是否宜居的重要依据,是液态水的存在与否。到主星距离太近,即使有水,也会被蒸发殆尽;距主星太远,水会以冰的形式存在;唯有在距离适当的范围内,液态水才会安然待住。这适当距离范围就称为宜居带。

  宜居带的内侧和外侧到主星的距离,与主星的发光本领(单位时间内发出的辐射能量)有关,主星发光本领强N倍,宜居带到主星的距离就远了根号N倍。

  粗略估计下,由于本次发现类地行星的主星比邻星是一颗红矮星,质量约是太阳的1/8,发光本领是太阳的0.17%,太阳系中宜居带的范围约是0.99倍日地距离到1.688倍日地距离,所以如果仅考虑发光本领的话,可以推测比邻星的宜居带范围是太阳宜居带范围的4%,即从0.040日地距离到0.068日地距离。而本次发现的行星候选体到比邻星的距离约0.05倍日地距离,尽管比水星到太阳的距离还要小很多,但就它自己所在的系统而言,它就落在宜居带内。这表明,它有可能表面温度适宜,允许液态水的存在。

  不利条件:被潮汐锁定 可能冷热不均?但这是否意味着比邻星b千真万确适宜人类呢?倒也不能高兴太早。

  西澳大学天体物理学博士生刘博洋表示,比邻星b距离比邻星仅有0.05个天文单位,因为距离太近,导致这颗行星一定会无可救药地被母星潮汐锁定——只有一面始终面向自己的母星。除了直观容易想见的冷热不均这个问题,还有很多理由让人怀疑其宜居性:比如,红矮星温度低,光谱峰值偏红。比邻星的温度是约3000K,光谱峰值已经跑到了900多纳米。光合作用机制不得不利用能量更低的光子。而且由于光谱更加扁平,峰值不那么明显,跟地球人只需要适应很窄的波长范围就能获得高性价比的视觉不同,比邻星b的生物需要能够适应宽得多的波长范围;另外,红矮星比太阳更不稳定。它的表面可能产生占比过大的黑子,使其亮度不时发生显著的变化。红矮星的耀斑爆发事件也比太阳猛烈得多,可使其全波段辐射增强几个数量级,等效温度提升至上万度;再其次,红矮星的磁场更强。太阳的磁场只有1高斯,而比邻星的磁场有600高斯。强磁场会压制其行星的磁层,甚至完全摧毁行星磁层对高能粒子的屏蔽作用,让太阳风长驱直入,威胁地表生命。而且,在离母星很近的情况下,太阳风的剥蚀作用更显著,可能让行星过快地失去大气层。

  “不过,相比发现行星本身所涉及物理图景的简明、技术的可靠,关于行星表面的事情还有太多的模型依赖,所以这一块实在是众说纷纭,不好一棍子打死,也不好一棍子打活……现在还不好肯定或排除比邻星b的宜居性。这些事,可能短时间内还说不清,且让学界的子弹再多飞一会儿。”刘博洋表示。

  趋势

  构建3D模型

  掀起新一轮观测热潮

  左文文向记者介绍,该研究团组为了在理论上探索该行星在何种情况下仍存有液态水和大气层,还进一步构建了复杂的3D模型。在假设该行星具有与地球相似的大气层,假设行星表面的水含量与地球的表面含水量相当的情况下,他们发现,该行星的轨道性质会决定主星对其造成的潮汐作用以及该行星的自转模式的不同。假如轨道更接近圆形,行星就会被主星锁定——就像地球将月球锁定一样,公转1周的过程中自转1周,结果总是行星的同一面朝向主星,从而造成朝向主星的温度高达30多摄氏度,而背面温度则低至零下30多摄氏度,虽然冷热不均,但其正面的温度能允许液态水的存在;如果轨道偏离圆形的程度高,行星的自转模式则更像水星,以3:2共振自转,即绕主星转3周的过程中,自转了2周。在后者情况下,在某些区域的温度能达到30摄氏度,也能维持液态水的存在。

  “科学家们认为,该行星的自转、来自于主星的高能辐射以及行星的演化历史等,注定了其气候不同于地球。行星的自转轴与公转平面的夹角接近90度,表明该行星很可能就没有季节交替。而模拟计算过程中最大的不确定性因素是行星早期的水含量。地球表面的水含量是150亿亿吨,将它定义为一个‘海洋’。参考太阳系内行星的形成和演化,计算显示该行星很可能在诞生之后的1亿年到2亿年期间,就蒸发损失了近1个海洋。随后发生了什么,就更加不确定了。有可能,行星维持了其大部分的大气层,从而留住了行星表面尚存的液态水,提供了一个适宜生命的场所;但也有可能,水被蒸发,大气层消失,这个星球就成了一个没有大气和水的地狱。当然,既然两者皆有可能,我们还是可以说,它仍然可能是距离我们最近的宜居行星。”左文文表示。

  总之,这颗行星的宜居性如何,还无法太早下定论,亟待后续的观测和理论研究。“前段时间,霍金刚刚公布了他的‘摄星计划’,目标正好就是比邻星。霍金希望能发射很多的小飞船去那边拍照。除了霍金的计划之外,我相信这次对比邻星b的发现,势必会引发下一轮观测热潮,现有的设备和下一代巨型望远镜也将以比邻星作为观测目标之一,观测探索其更多的细节。例如,若能看到行星运动至比邻星前方,使得比邻星发出的光通过行星大气,再抵达望远镜,那么就可以通过观测数据反推其大气成分,还可以帮助更准确地确定行星的质量。目前还没有证据表明,行星的运动轨迹允许我们做这样的观测,所以上述可能性还在探索中。”左文文说。

  脑洞大开:

  啥时能去串个门?也许遥不可及

  如果这个小行星真的适合人类居住,按照现在的技术发展,人类大概什么时候有可能去“串个门”?

  左文文:这次发现令大众很是兴奋,对于中国人而言,可能是因为有三体的铺垫;而对于科学家而言,能在自己家门口找到这么一个位于宜居带的小行星也着实不容易,它给了我们一个在家门口研究系外行星、探讨宜居性的平台。

  但即便这颗行星适合人类,人类想要前往定居,也是一件遥不可及的事。4光年的距离在宇宙里是非常短的距离,但对于人类依然是漫长的征途。你的飞船是不是得造得特别大,才能装下足够多的燃料?或者想办法在途中就地取材地“加油”,比如借助引力弹弓或将太阳光转化成能量等?你还得有精准的深空导航系统,否则你如何避免在宇宙中迷失方向?还有空间推进技术、降落技术也得想想办法,如何让高速前进的飞船安全地在比邻星b降落……这都是相当前沿的技术,而且我们必须在现有的基础上继续推进,才能解决这些问题。而且即便技术越来越成熟,我们肯定也会一步步地去探寻到其他星球定居的可能性。比如最早肯定要先到近地轨道、月球、离我们近的系内行星再到系外行星。

  最后我想说的是,目前人类已经发现了3000多颗系外行星,但是严格意义上处于宜居带的类地行星不到10颗。地球还是唯一我们知道有生命的行星,我们要爱护它。保护好它,再谈发展,才是王道。

  有其他生物吗?样子可能有点怪

  假设这个被潮汐锁定的星球最后被证实不适合人类居住,它有没有可能生存其他的生物?

  刘博洋:这个可能性是存在的。2012年的时候我曾经在英国引进的“外星人科学展”中做顾问,展览设计者想象了一种生活在这样不适宜人类居住的星球上的动物,其眼睛长在头顶,以便于随时觉察耀斑爆发,在辐射快速增强前找地方躲起来。

广州日报:有人说,在仅仅4光年的地方就找到了一个可能有液态水,可能适宜生命的行星,那么对于费米悖论——“人类是宇宙中唯一生命”的推论,成立的可能性就极低了。您同意这个说法吗?那为何到现在还没收到外星人发来的“搜寻地外文明计划(SETI)”这种广播?难道刘慈欣在《三体》里讲的黑暗森林理论真的可能成立?

  刘博洋:“费米悖论”可能性确实在随着证据的增加而降低。不仅是这次发现的比邻星b,太阳系里也发现有行星和卫星,比如火星、土卫二、土卫六之类的,都有可能具有孕育生命的条件。刘慈欣的理论讲的是个猜疑链的问题,是有道理的。但人类现在已经知道这个问题了,在向外界发射信号的时候也会有所限制。前段时间俄罗斯大亨尤里发起了“突破倡议”,其中包括一个用发射无线电信号的方式与地外文明联系的子项目。这事一出来就遭到了很多人的质疑,而反对的理由和刘慈欣的理论差不多。最后他们自己出来澄清,说只是在讨论发射什么信号,并没有真的发射。所以我想人类实际上已经在按照“猜疑链”的逻辑来指导自己的行动了。

 

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