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天文学家发现的潜在宜居系外行星意味着什么?

来源:环球科学
行星系统 TOI 700 位于100光年之外的剑鱼座(Dorado)。(图片来源:Goddard Space Flight Center)
在科学家们搜寻系外行星时,当发现一颗似乎能反映我们自己世界的行星,他们会变得尤为兴奋。
TOI 700 d 作为一个遥远太阳系中的三个天体之一,由美国宇航局(NASA)的凌日系外行星勘测卫星(TESS)发现。不像它的邻居们,也不像至今科学家们发现的大多数行星那样,这颗行星好像和地球一样大,并且它围绕恒星公转的距离允许液态水存在于其表面。这项发现于1月6日在第235届美国天文学会大会宣布。
作为一颗地球大小的行星,又位于其恒星影响范围内的宜居区,TOI 700 d对科学家们来说很重要。“我们真的想要理解一个问题,那就是,生命能否产生于非常小的恒星周围的这些行星上?TOI 700 d的发现有点像是迈向这个目标的一大步,”在马萨诸塞州哈佛-史密松森天体物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)工作的一位天文学家 Joseph Rodriguez 告诉记者,“我们距离解答这个问题还很远,我们可能要几十年,甚至更久的时间来回答这个问题。但是,我们正朝着这个可以说是科学界最大的问题之一的方向前进,甚至不仅仅是科学界,还有哲学、宗教和许多其它事情。”
但是,兴奋归兴奋,参与这项发现的科学家们对 TOI 700 d 并不太了解。首先,他们知道TOI 700 d 的恒星是一颗红矮星,比起其它一些恒星来说是一颗更宜人的太阳。活跃的恒星会向围绕它们的行星投射辐射暴和高电荷物质,有可能使这些星球无法产生生命。
“这颗恒星极其安静,”芝加哥大学天文学研究生 Emily Gilbert 告诉的记者,“我们有十一个月的 TESS 数据。我没有看见一点点耀斑。我们猜想,因为这颗恒星有些老了,所以可能在它生命进程中平静了一点。”
目前为止,在这颗安静恒星的周围,科学家们已经发现了三颗行星:TOI 700 b、c 和 d。前两颗行星的公转轨道太靠近恒星,都不是适宜生命生存的星球。但第三颗行星的公转轨道处于一个魔力环中,科学家们称之为宜居区,环里的温度能使水在行星表面维持液态。“ TOI 700 d 其实比地球更加深入宜居区。地球本身只是勉强宜居,” Gilbert 说道。
虽然没把握,但是科学家们也有自信,认为这颗行星被恒星的潮汐力锁定了,它的同一面总是面对恒星,是白天,而另一面总是夜晚。
但是在此之后,不确定性开始堆积。研究 TOI 700 d 的科学家们尤其想要知道一项关键数据:它的质量。这一数据将解释这颗行星在多大程度上可能是一颗岩石行星,就像地球一样,而不是一个充满气体的天体,像海王星的弟弟妹妹一样。
无论如何,科学家们已经宣布了他们的发现,因为这项测量数据将很难得到。“有仪器可以进行测量,” Rodriguez 说道。“但是这样的仪器很少,这个过程可能会持续几年,需要多方游说和数以百计的观测。”
科学家们现在也不知道,这颗行星有没有大气层——判断生命存在可能性的重要线索。“如果你只有一团岩石,没人能生活在那里,” Gilbert 表示。可惜的是,解答这个问题甚至要比测量行星的质量更困难。
所以,目前为止,科学家们假定 TOI 700 d 由岩石构成,并且利用模型试图弥合他们对这颗行星的了解和对生命所需的了解之间的鸿沟。“建构模型帮助我们了解,比如说,这颗行星有多富有生命力;在所有这些条件下,它能在多大程度上保持适宜居住的地表温度。”马里兰州NASA戈达德太空飞行中心(Goddard Space Flight Center)大学空间研究协会(Universities Space Research Association)的访问研究助理 Gabrielle Engelmann-Suissa 告诉 Space.com 的记者。
总之,Engelmann-Suissa 和她的同事们运行了20个不同的模型,每个模型都以不同的地表特征组合开始运算,比如说:行星是被陆地覆盖的,还是被水覆盖的;大气呢,是像今天的地球,像古代的地球,还是像火星?
Engelmann-Suissa 和她的同事们不知道,如果其中有模型更符合 TOI 700 d 的实际情况,那么会是哪一个。“这听起来有些混乱。当你模拟所有这些行星类型时,是有点像这样的,”她说。但是,模拟的意义并不是从中偶然发现与那遥远的真相相匹配的情形。相反的,这样做的意义在于了解各种可能性,并了解科学仪器能否区分它们。
在第一方面,TOI 700 d的模型们看起来都有些希望。“它们中没有一个发生失控温室效应(runaway greenhouse effect),”Engelmann-Suissa表示。“在我们研究的模型模拟里,没有一个模拟中的海洋蒸发,这很好,是个好兆头。”她补充说,这些模拟中,全球平均气温变化相当剧烈,但并没有超出科学家所能想象的极限,尤其是那些顽强抵抗的生命。
例如,气温最高的模拟显示平均表面温度约为196华氏度(91摄氏度)。“对于我们来说,这一气温太高了,” Engelmann-Suissa 说。“真的很热,但是因此说那里没有生命又太不严谨。”
模拟的第二个目标是为了更好地认识到如何用仪器来了解世界,以便提供一份关于 TOI 700 d 的严格评估。在科学家们目前掌握的仪器中,还没有什么可以用于区分所有这些行星存在的可能。NASA接下来主要的望远镜项目,詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope),也无法区分。而且大多数未来的概念化设计也依赖于类似的设备。
“这是我们领域里的一大难题,观察这些行星的希望可以说有些渺茫,” Engelmann-Suissa 表示。“我们真的需要对探测器进行实验,并且弄清楚我们怎样才能得到这个信号精度。幸运的是,这不是我要研究的问题。”
然而科学家们确切知道的是,从这个夏天开始,TESS将再一次对准 TOI 700,这可能会揭露全新的谜题让科学家们去试图解答。“也许,我们将发现我们并不了解那个系统的结构:嘿,那儿有一些另外的行星,” Rodriguez 说。“也许,那个系统开始变得类似于我们自己的太阳系,这是一种罕见的情况。”
“但是我们就是知之甚少,并且我认为这种情况非常有趣,” Rodriguez 说。“我们将获取更多的数据。我们只是才开始剥这个橘子,才开始理解那个天体系统到底是怎样的。”
作者:Meghan Bartels
翻译:罗晓玥
审校:郭晓
引进来源:科学美国人
引进链接:https://www.scientificamerican.com/article/astronomers-just-found-another-potentially-habitable-exoplanet-what-happens-next/
本文来自:环球科学
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