红矮星——系外生命的宜居“新宠”
银河系大约有2000亿颗恒星,而每颗恒星都可能拥有行星。在过去的25年里,天文学家在太阳系之外发现了3600多颗行星,它们分布在银河系中离我们不远的地方。其中有些正在为人们所关注,因为这些行星分布在一种和太阳不同的恒星周围,这种恒星呈现着一种暗淡的红色,被称为红矮星。人们认为,这种Q ^ y Y v恒星的周围也有可能存在“宜居”的行星,而发现这种行星并且在这种行星上寻找生命还可能更容易。
红矮星周围的“新世界”
宇宙中的恒星形态各异,太阳只是其中的一种。比太阳更大、更热的恒星有很多;比太阳更小、更冷的恒星也不少。现在引起科学家关注的那种红色的暗星就比太阳小,它们的质量小于0.8个太阳质量,表面温度比太阳低,在2500℃h V J c G u~5000℃之间,人们将这种恒星称为M型r 4 # : !红矮星。
作为恒= 2 K @ . Q # o星,M型红矮星既冷且小,还很暗淡,所以人的肉眼是看不见它们的。但宇宙中的M型红矮星其实极多,在银河系中,e ] m U得惊人。从理论上说,在M型红矮星的周围,行星# 1 @和其上的生命都有很漫Z E ; k E长的发展和w C , f演化的时间。
M型红矮星TRAPPIST-1和它周围的7颗行星(艺术图)
2016年8月,天文学家在比邻星周围发现0 * A k -锁住”,导致行星的一面总是朝着恒星,另一面总是背着恒星,就像月亮的一面始终背着地球一样。这种情况会使行星两个半球的气候极其恶劣;
其次,由于恒- } | Y a J b I K 2 e e大部分大气和水。一小部分水和e D x ; ? Z S V气体被扣在了地幔中,这些水和气体在随后的岁月里溢出地表,并重建了地球的大气层。所以科学家认为,在M型红矮星的附近,尽管环境有时很恶劣,但那里的行星还是有可能重复地球上曾经发生过的事,从而也拥有一些水和二氧化碳。
被“锁住”也有希望
在s r p B = | 5M型红矮星的附近,一些行星还有另外一种办法使自己5 7 ! B变得] l & q e ! 9“宜居”。这种行星的大小介于H & z1~10个地x T 1 ` t } n - ! I 5星的原始大气层蒸发掉,只留下大气层之下的岩石表面,这种星球就有可能演化成既有岩石表面又有丰富液态水的世界。
然而,在M型红: P / : Q D p矮星的附近,处于宜居带中的行星还要解决引力带来的+ 1 O S s w P h麻烦。如前所述,- 6 f由于离恒星太近,恒星的引力会将行星“锁住”,使其一面始终对着恒星k d _ D,另一面始终背着恒星,这样一来,行星上面的气候就很特别了。在地球上,活跃的自转会使大气得以i Q O d { d循环,并把热量均匀地分布开来,但被“锁住”了的行星做不到这些,于是,面向恒星的一面就会非常热,乃至于将t X 2 A ` 9 3 1水全部蒸发到了太空中,而背对恒星的一面则非常冷,乃至于连大气都凝结在了地表上。
不过,即使在这样的r . 7 y情况下,M型红矮星周围的行星也并不是没有办法。科学家认为,即使行星被“锁住”, N : _ ^ 5 R Z周围的行星处在X射线和紫外线的辐射之中,这很有可能将行星的大气层剥蚀掉。然而,科学家新近用计算机模拟的结果显示,事情可能并非如此严重。
要想获得确定的结果,人们需要更多的数据,而最有说服力的数据O ~ 5 B { 6 z来自于对“凌星”现象的观测。所谓“凌星”6 s M R,就是行星正好运行到恒星和地球n d Z O D之间时,从地{ b s Y球上的望远镜看过去,行星就正好划过恒星的表面,恒星发出的光被遮挡和吸收掉了一部分。在Q X i ` 8“凌星”的时R j Q候,望远 w w光线中哪些频率的光被吸收掉了,吸收掉了多少,人们便可知道行星大气层中是否存在水蒸气和其他成分,还能了解行星上的气候状况,例如气温和压力等。这样一来,人们就可以推测行星上是否存在液态水了。
这样的观测需要很强大n f = 3 ,的望远镜。
詹姆斯韦伯太空望远镜的主反O - ) J J / : b Q射镜
新近的一次观测是针对一颗名为Gliese1132的M型红矮星进行H X l T 8 ,的,这颗行星的大小是地球的1.6倍,它过于靠近它的“太阳”,所以被认为不大g * ~ / N P r X甲烷的线索。
GJ11G @ n P f 0 v328 K u p lb 围绕红矮星 Gliese 1132 运行(艺术图)
目前,已有多个独立项目正在监测太阳系周边的M型红矮星,大量望远镜和人Z 2 0 C d T B s 9造卫星都试图找到围绕这些M型红矮星旋转的行星。最新加入的就是2018年4月升空的“凌星系外行星巡天卫星”(TESS),作为开普勒太空@ c { : ` ? 望远镜; * 2 k 7 ~ V E的“接班人”,TE p P w S |SS也是使用凌星法n z e W x n进行系外行星勘测的。还有经过几次推迟、未来两年可能发射的詹姆斯韦伯太空望远镜,作为哈勃太空望远镜的“后继者”,它将用凌星法研究几百颗系外行星,其中的一些是围绕M型红矮$ - T星运行的] 7 U u。通过这些努力,人类希望在不久的将来发现可能适宜生命存活的M型红矮星的行星。