十万个为什么|超级地球是什么样的?

2018-03-13 10:04  来源:科普中国 

  在茫茫无垠的宇宙中,我们居住的地球就像是一块沙漠中的绿洲,滋润孕育了种类繁多的野兽、飞鸟、昆虫、花草。正是地球上丰富多彩的生命使得这一颗蓝色星球在宇宙中显得如此特别,与众不同。当我们抬头仰望茫茫无际的星空时,我们禁不住会发出这样的疑问:“宇宙当中还会有另一个地球么?另一个地球在哪里?”

  地球!为什么是地球?

  要想回答这个问题,先要知道为什么在我们太阳系中,恰好是地球孕育了生命。这要从生命产生的两个重要条件说起。

  首先,必须有水。水是生命之源,生命的维持运转离不开水,尤其是液态水。行星表面温度要适合液态水的产生,才可能形成湖泊、海洋。这就要求行星和照耀着它的那颗恒星的距离恰到好处。天文学家把这个恰到好处的区域称为“宜居带”。

  其次,行星必须有一个和地球类似的大气层。大气层给地球穿上了“防护服”和“棉外套”,不仅使地球上的生命免受强烈的紫外线辐射,也帮助地球保暖,使白天和夜晚的温差不会太大。

  科学家发现,要有合适的大气层,就必须要求行星大小和地球相似。天文学家把接近地球大小、具有岩石表面的行星称为“地球型行星”。

  所以,“另一个地球”应该就是“宜居带内的地球型行星”。

  寻找“行星兄弟”的计划

  天上的恒星多如牛毛,到底哪些恒星周围才有“另一个地球”呢?这也是现在天文学界的热点问题。科学家制定了一系列空间探测计划,比如“达尔文计划”“GAIA计划”“类地行星搜寻者计划”“开普勒计划”等,希望找到这个问题的答案。

  欧洲空间局制定的“达尔文计划”,由8艘飞船组成,形成望远镜组成的“舰队”阵列,能帮助我们看得更远、更清楚。

  “GAIA计划”也是欧洲空间局提出的空间望远镜计划。它将停留在日地连线上靠地球外侧的地方,利用地球遮挡太阳光,以减少阳光干扰。望远镜由两块镜面组成,于2013年发射升空。

  “系外类地行星探测计划”由美国国家航空航天局提出,意在搜寻距地球45光年之内、约150颗恒星周围的另一个地球。

  美国国家航空航天局发射的“开普勒”望远镜,则已经为我们找到了许多太阳系外的行星。“开普勒”望远镜于2009年3月6日发射上天,已经工作了三年多。“开普勒”望远镜和前面提到的探测计划一样,最终目的都是寻找银河系中的“另一个地球”,寻找上面是否有生命的痕迹,看看地球在银河系中是否独一无二。

  开普勒望远镜

  候选“地球”知多少

  科学家经过长时间的观测,尤其是运用了开普勒望远镜,到2012年初,已经发现了超过700颗太阳系外的行星。但这些行星中的大部分都不符合“宜居带内的地球型行星”的要求。比如行星“开普勒10b”,有4.6个地球那样重,直径大概是地球的1.4倍,但它距离中心恒星特别近,不在宜居带内。又比如“开普勒5b”,是质量非常大的行星。它的质量有地球的600倍左右。它被浓密的气体包裹,温度可能达到1600℃,也不可能存在生命。所以按照前面生命产生的两个重要条件进行筛选,一共只有10多颗行星,大约2%左右,可能是“另一个地球”。

  行星“开普勒22b”可能是“另一个地球”。其直径是地球的2.4倍。这颗行星上的一年约为290天,和地球相差不大,围绕的恒星也和我们的太阳十分相似。科学家估计:这颗行星的表面温度约为21℃,可能有液态水存在,非常适宜生物的居住。但是,我们不得不面对的一个问题是:这颗行星距离地球实在是太遥远了,有600光年,也就是说即使我们按照光速飞行,也需要600年才能到达这颗行星。

  有没有离我们更近的宜居行星呢?我们把目光移到距离地球约20光年的“格利泽581”系统。

  这个系统的中心恒星(“格利泽581”)质量大约是太阳质量的三分之一,里面有两颗行星位于宜居带内:“格利泽5 8 1 g”和“格利泽581c”。行星“格利泽581g”,是一颗与地球类似的岩石行星,其直径大约是地球的1.2~1.4倍,“一年”大约是3 7天,拥有和地球相似的稳定的大气层,表面可能有湖泊、河流,甚至有海洋。引力也与地球接近,人类航天员若在该行星表面上直立行走并不困难。

  “格利泽581c”也是与地球类似的岩石行星,直径大概是地球的2倍,“一年”仅有13天。它也有大气层,但是大气层厚薄还不清楚。如果其大气层比金星还要厚,那温度就会很高,液态水无法存在,生命也不适合居住。

  探测到的这十几颗行星,虽然符合生命居住的条件,但是它们是否像电影《阿凡达》里面的潘多拉星球一样,也有一群蓝色皮肤的类人生物居住呢?我们还不能肯定。但是这些宜居带内行星的发现,极大地鼓舞了全世界的天文学家。在不久的将来,他们还会发射更多的望远镜,制定更详细的探索计划。科学家也希望尽快找到“另一个地球”上的生命体。到那个时候,宇宙中的我们将不再孤单!

  “格利泽581c”的想象图,可以看到其所在的恒星是一颗温度比太阳更低,颜色更红的红矮星

  只有2%左右的行星可能类似地球,大部分行星并不适宜生命存在

  来源:科普中国   作者:刘慧根

作者:刘慧根 编辑:郭瑾