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外来超级地球或大量存在

放大字体  缩小字体 发布日期:2013-12-07 08:26  浏览次数:16

美国太空网报道,我们太阳系内存在很多世界,从如地狱火的金星到冰冻平原的火星,再到强劲风的天王星。从这个角度讲,地球是独立存在的,没有一颗行星可以比拟它的宜居性。

然而太阳系外又是另一番场景。利用太空和地面望远镜的观测表明有一个名为超级地球的新天体类型——这些世界质量大约为地球的2-10倍,半径不超过地球的2倍——可能是环绕其它恒星中最常见的行星类型。

这是因为在过去的几年间,天文学家发现了大量环绕不同类型恒星的地球大小的多岩石天体。在这些行星系统中,那些环绕M级恒星——比太阳更冷却更昏暗的恒星——的行星是尤其重要的。因为这些恒星的低表面温度,类地行星为了保证地表能够维持液态水所处的区域(也即可居住区)将距离恒星更近,从而使得观察这些潜在可居住的超级地球更加简单。

科学家还相信这些更小的恒星在宇宙里是普遍存在的,暗示着我们的星系邻居里将存在大量的超级地球。美国宇航局天体生物学研究所、美国夏威夷大学马诺分校天文学学院的纳德·哈吉吉波尔(Nader Haghighipour)的研究兴趣便是查明这些世界是如何形成的,更重要的是,它们是如何到达目前的轨道的。

他的某些工作暗示着巨大行星的迁移可能是导致较小天体轨道更近的主要原因。它们巨大的引力激起了运行轨道上的岩石和原行星残骸,从而导致后者散落在星系附近,或者合并形成更小的星球,例如超级地球。“当巨大的行星靠近中央恒星,尤其是M白矮星,我非常感兴趣的是它们是如何影响较小的微行星的吸积,以及这将如何导致超级地球的产生,尤其是位于可居住区内,” 哈吉吉波尔说道。

 哈吉吉波尔近期调查了超级地球的状态,这篇研究被发表在期刊《地球与行星科学年度回顾》上。第一批超级地球发现于1992年,当时它们环绕着脉冲星PSR B1257+12,但只是在过去的五年间发现超级地球的步伐加快了许多。这主要归结于美国宇航局开普勒太空望远镜的出现,它花费了4年时间搜寻天鹅座小部分天空区域的行星。开普勒于2013年结束了自己的主要任务,它其实已经远超过了预计的寿命。在任务期间,它提供了大量高质量的数据,革命化了系外行星科学领域。

位于较小恒星周围的短周期超级地球比位于太阳大小甚至更大的恒星周围的行星更容易监测,这是因为较小的恒星对行星拖拽作用的反应更为明显。如果从地球的视野看行星恰好从恒星前方路经,那么超级地球将阻挡更多恒星的光,使得它更容易被监测到。这一事实导致研究的注意力集中在利用径向速度和过境光度测定研究来寻找M恒星可居住区内的超级地球。

这些行星可以通过开普勒望远镜和地面望远镜观测到,比较常见的是,借助地面望远镜的发现往往利用了两项仪器,其中之一是位于智利拉西拉欧洲南方天文台3.6米望远镜上的高精度视向速度行星搜索器(HARPS),另一个是位于夏威夷莫纳克亚山凯克天文台的高分辨率阶梯光栅光谱仪(HiRES)。

当美国宇航局科学家重新监测开普勒的项目——它因两个后反动轮失灵而暂停了科研工作——他们正计划开普勒继任者项目,系外凌日现象观测卫星(Transiting Exoplanet Survey Satellite,简写TESS)。TESS在搜寻超级地球上有利有弊,哈吉吉波尔说道。

“由于TESS将覆盖整个天空,与开普勒只关注一小部分天空有所不同,它可能会发现更多(系外行星),” 哈吉吉波尔说道。“至于准确性和精密度,由于它不会像开普勒一样只停留在部分天空,因此它的精确性可能没有开普勒那么高。”

 从美国宇航局水星信使号宇宙飞船看到的地球。天文学家并不确定超级地球是否具有类似地球的大陆板块或者大气层。

可居住性

哈吉吉波尔非常感兴趣的一个特定恒星系是格利泽667,一个距离地球22光年远的三星系统。哈吉吉波尔是2012年鉴别出格利泽667C可居住区内至少存在一颗超级地球的研究小组成员之一。

今年,由德国哥廷根大学带领的另一支小组揭示了如果存在一颗超级地球,那么实际上应该存在很多颗。这项最新的分析发现格利泽667系统里的M恒星大约有6颗或7颗行星,包括可居住区内3到5颗超级地球。

由于这颗恒星非常昏暗,位于可居住区内的行星可能非常拥挤。研究人员预估计这些行星的运行周期非常短,大约为20天至50天,甚至有的行星的一面会垂直朝向宿主恒星。即使是这样,天文学家仍相信生命可能在这样的世界里存在。“这是目前我们获得的(对潜在可居住系外行星)最可靠的监测”。哈吉吉波尔说道,而目前面临的挑战是从远距离理解行星的可居住环境。

虽然计算恒星可居住区的位置相对直接,但建模行星的动态性和气候则并非易事。这些行星是否有板块,例如——调节大气层里二氧化碳和水含量的地球物理学过程。天文学家对它们的内部结构仍一无所知,理解系外行星大气层组成部分仍是某些研究小组开始研究的课题。

然而,鉴定超级地球的工作仍在持续进行,自2009年起哈吉吉波尔就与美国加州大学圣克鲁兹、华盛顿卡耐基研究所的研究人员一起努力监测M恒星可居住区内的超级地球。格利泽667Cc是这些合作中最被援引的发现,但其实还存在其它发现。

 开普勒太空望远镜在搜寻系外行星时监测的恒星区域。

从理论层面讲,哈吉吉波尔已经在天体物理学期刊上发表了两篇有关双星系统可居住性的文章。他还试图解开超级地球在距离自身恒星很远的地区是如何形成的。“很有可能每个系统都有自身的历史以及自我形成的方式。没有理由相信一个系统内行星的形成,或者可居住区内超级地球的形成,适用于所有系统。”

这项研究还可能提供我们太阳系自身形成的新见解。超级地球和热木星——紧密环绕自身母恒星的气体巨星——似乎在其它系统里普遍存在,为什么太阳系内则不同呢?“诚实来说,我们尚未有明确的答案。目前存在很多不同的模型陈述不同的理论解释太阳系内为什么没有超级地球和热木星。但这些模型想要具有说服力,首先它们必须要能够解释太阳系的其它特性。”

例如,紧密环绕太阳的气体巨星很可能会影响周围环绕的多岩石行星,这将是天文学家需要解决的一个有趣理论难题,否则他们将无法继续对太阳系外的行星进行分类。

 

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