探秘類地行星

類地行星新發現

由歐盟、日本和美國科學家組成的國際科研團隊，近日利用“苔絲”空間探測器在太陽系外發現一顆新的類地行星，它距地球僅40光年，表面溫度可能比地球略高。廣義上的類地行星指以硅酸鹽為主要成分的行星，它們都有金屬核心，外層被硅酸鹽地幔包圍，有固體表面（部分）。在此基礎上，狹義的類地行星還存在液態水以及大氣層，即“宜居行星”。

據美國航空航天局發布的新聞公報介紹，這顆新發現的“潛在宜居行星”被命名為“格利澤12b”，它每12.8天圍繞其母恒星運行一周。其體積與金星相當，比地球略小。日本《朝日新聞》稱這顆行星是“罕見的、誘人的發現”。

科學家推測，如果“格利澤12b”沒有大氣層，那么其表面溫度約42攝氏度，比人類迄今發現的太陽系外類地行星中的大多數都低；如果它有大氣層，那么其表面溫度會更低一些。

參與研究的日本天體生物學中心科學家葛原昌幸表示：“我們發現了迄今為止距地球最近、表面溫度最適宜生命存在的行星，而且它的體積與地球接近。像這樣的系外行星并不多見，值得繼續追蹤觀察——它將是韋布空間望遠鏡的重要目標。”

“格利澤12b”的母恒星是一顆紅矮星，位于雙魚座。科學家稱之為“涼爽的恒星”，因為它的體積只有太陽的27%，表面溫度比太陽低40%。“格利澤12b”與其母恒星之間的距離僅為日地距離的7%。因此，盡管母恒星發光發熱的能力遠不及太陽，但“格利澤12b”接收到的能量是地球從太陽接收到的能量的1.6倍。

參與這項研究的澳大利亞南昆士蘭大學博士多拉基亞表示：“在分析了母恒星的情況后，我們對‘格利澤12b’的研究重點是其是否有大氣層。這顆行星目前是研究類地行星的最佳目標之一，也是推進我們對銀河系行星‘宜居性’研究的關鍵目標。”

適宜的大氣層是一顆行星保有液態水乃至生命的關鍵條件?！案窭麧?2b”的表面溫度介于地球和金星之間，研究人員推測它可能有類似地球或金星的大氣層。當然，也不排除“格利澤12b”擁有與太陽系中的行星不同的大氣層。也就是說，“格利澤12b”是否具備“宜居環境”還是未知數。對其大氣層的研究將揭示更多關于“宜居性”的信息。

“宜居行星”的探尋之路

浩瀚星空中是否有適宜生命繁衍的類地行星？科學家一直致力于尋找答案。根據人類目前的認知，一顆“宜居行星”最重要的條件是存在液態水。天文學界根據行星與恒星之間的距離，把可能有液態水存在的行星所在的區域稱為“宜居帶”——不能離恒星太遠，也不能太近。除了液態水，“宜居行星”還要有大氣層。

天文學家希望能從類地行星的大氣信號中探測到水和氧等代表“宜居環境”的信息。到目前為止，人類已經發現數十顆與地球相近的類地行星。能否對這些行星的大氣層進行探測，主要取決于它們與地球的距離。目前發現的較近的太陽系外行星，到地球的距離以數十光年計，探測它們的大氣信號，難度可想而知。經過數十年的努力，科學家依然沒能在眾多類地行星中找到“宜居行星”。

就在“格利澤12b”被發現前不久，一個國際研究團隊利用韋伯空間望遠鏡，在一顆有巖石圈的行星上發現了可能由二氧化碳組成的大氣層。不過，這顆行星的表面溫度高達1500攝氏度，顯然不適合生命繁衍。

預測地球的未來

人類在類地行星方面的探索永遠不會止步，各國科學家都在努力尋找除地球之外的“宜居行星”。另外，探秘類地行星還有助于預測地球的未來。

眾所周知，地球大氣層遮蔽了來自太陽的輻射，保護了地球上的生命。行星上大氣的存在是形成“宜居環境”的必要條件。研究表明，恒星對行星大氣的加熱和潮汐力拉拽作用，會造成猛烈的大氣逃逸現象——流體動力學逃逸，也被稱為行星風。

2003年，哈勃空間望遠鏡在太陽系外行星“HD 209458b”上發現了行星風的蹤跡。這種大氣逃逸不僅令行星每秒鐘損失數萬噸物質，還能把大氣中較重的粒子，如氮和氧拖拽出引力范圍，造成生命所需的氣體大量逃逸。

太陽系中遺留有早期行星風的證據。在地球、金星和火星的大氣層中，惰性氣體的含量差異很大。美國科學家吉姆·卡斯汀認為，早期太陽系行星經歷了行星風，最終導致各行星大氣層中惰性氣體含量迥異。

這引發一個問題——在目前已被發現的類地行星中，是否有行星因遭遇過行星風而失去了“宜居條件”？如果答案是肯定的，那么地球未來是否會因行星風而變得“不宜居”？

相比于地球，金星距太陽更近。有科學家認為，早期金星上曾充斥著水蒸氣，其大氣溫度高達數千攝氏度。金星上的行星風在數千萬年中帶走了所有的水，最終形成我們今天看到的“不宜居”的金星。

20世紀初，英國天文學家詹姆斯·金斯提出，大氣中的原子和分子能夠從大氣層頂部擺脫行星的束縛，逃逸到太空中，從而造成大氣流失。這種逃逸現象后來被稱為“金斯逃逸”，也叫“大氣蒸發”。對行星而言，大氣層中越輕的粒子越容易發生逃逸。在今天的地球上，“金斯逃逸”現象每秒使約3000克氫和50克氦離開地球。

相比于“金斯逃逸”，大氣層中的一些化學反應和太陽風的侵蝕等造成的大氣逃逸，才是太陽系行星大氣流失的主要原因。按照氫流失的速度計算，在太陽膨脹到可以“吃掉”地球時（50億年后），地球大氣層的總質量將減少到不足目前的一半。

那么，地球未來是否會變得像火星一樣荒涼？科學家對此的共識是：這不是人類需要思考的問題。

首先，除了太陽加熱外，決定大氣是否逃逸的另一個重要因素是行星的質量?；鹦鞘潜鹊厍蛐〉枚嗟男行?，其大氣很容易逃逸。對于地球來說，其“抓牢”大氣的能力比火星要強得多。其次，地球大氣主要由比氫氣重得多的氮氣和氧氣組成，它們的“流失率”相對于氫氣要低得多。最后，地球受到磁場的保護，可以抵擋太陽風的侵蝕，從而“盡力”留住大氣。

天文學家據此認為，50億年后，地球的大氣層會比現在稀薄，但依然具備生命存在的條件。

編輯：姚志剛 winter-yao@163.com