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2016-9-2

环绕比邻星运行的行星

个人看来,在半人马α星系统中搜索行星的努力,其情怀意义是大于科学本身的——毕竟这是距离地球最近的行星系统,甚至还有着近域宇宙中和太阳最相似的成员恒星A和B星。当然,如果能在这个系统中发现系外行星的存在,无疑是对系外行星普遍性的最佳证明,也可以借助距离之便开展更好的研究。4年前,欧洲南方天文台的Xavier Dumusque等人宣称在半人马α B星周围找到了一颗类地行星,但是这一发现由于观测精度和误差的问题争议四起。而上月底,同一家机构宣布,他们又在半人马α C星也就是距离地球最近的比邻星周围找到了系外行星,而且使用的还是同一台仪器——La Silla山3.6米新技术望远镜装备的HARPS光谱仪。

艺术家笔下环绕比邻星运行的行星——比邻星b。(图片提供:Ricardo Ramirez)

其实比邻星是否真正属于半人马α系统还是个争议话题,暂且不管它,回到这个发现本身。HARPS是一台使用视向速度法搜索系外行星的仪器,其设计目标就是对恒星进行高精度的视向速度测量。2013年,英国Hertfordshire大学的Mikko Tuomi贡献的代码在HARPS以及甚大望远镜UVES光谱仪的观测数据存档中发现,比邻星周围可能存在行星,但由于数据的可靠性不强,将其解释为恒星耀发等因素也并无不可。为了将系外行星的可能性敲定下来,今年年初,英国玛丽王后学院的Guillem Anglada-Escudé在欧洲南方天文台领导发起了“暗淡红点”计划,旨在对这颗距离地球只有4.22光年的红矮星进行集中观测。

在今年1月19日到3月31日期间,暗淡红点计划每天都要使用HARPS光谱仪对比邻星进行20分钟的观测。与此同时,其他天文台的望远镜还监控着比邻星亮度的变化,以排除恒星本身活动可能的干扰。在恒星发生强烈耀发期间采集的光谱数据最终都被忽略不计。功夫不负有心人,最终计划的参与者结合今年以及之前的观测数据,凭借更高的置信度在比邻星的光谱中发现了一个为时11.2天的周期性信号,其变化幅度只有每小时5千米。这一现象可以用一颗质量1.3倍于地球、距离主星只有700万千米的行星的引力摄动来解释,这就是比邻星b。

比邻星由于行星引起的视向速度变化。(图片提供:ESO/G. Anglada-Escudé)

这样的距离只及日地间距的1/20,比水星到太阳的距离还要近。不过红矮星的亮度也比太阳低得多,所以这样一来,比邻星b反而落在了宜居带内,其表面温度合宜,可能保有液态水的存在。在本人看来,这才算是这一发现的最大亮色——要知道,目前已发现的宜居带行星最乐观的估计也不过是20几颗,而这颗又是距离地球最近的,其中的诱人之处不言自明。

太阳系(左)与比邻星系统(右)的比较。(图片提供:ESO/M. Kornmesser/G. Coleman)

但也不要高兴得太早。距离主星过近意味着强劲的星风干扰,对于比邻星b来说,它遭受的高能辐射和粒子轰击可能会是地球遭遇太阳风强度的数十倍。在这样的环境中,行星在形成后1-2亿年内可能就会损失掉足以填满一个海洋的水分,但随后的演化就不是很明朗了。所以,它有可能将剩余的大气和水分保持至今(甚至如果行星在距离比邻星更远的地方形成,随后才迁移至此,今天其上保留较多水分的概率就会更大),也有可能变成不毛之地。

而且在距离主星过近的地方,行星很容易被潮汐锁定。若其本身轨道接近正圆,则会进入类似月球的同步绕转状态,一面永远朝向主星,另一面则是永恒的黑暗。在这种情况下,生命很可能只会存在于晨昏分界线附近。而若行星的轨道偏心率较大,则有可能进入水星这样的轨道自旋共振,事情又会复杂很多,或许赤道区域最适宜生命存在。不过倘或比邻星b存在较浓厚的大气,气体的热传导效应会使全球温度分布趋于均匀,更有利于生命。总的来说,对这颗行星宜居性的判断很大程度上取决于现今星球上留存的水分数量,而这一点还是个未知数。

艺术家笔下比邻星b的表面,图中半人马α A与B星是天空中比邻星右上方的光点。(图片提供:ESO/M. Kornmesser)

如今唯一了解行星大气组分的方法是借助凌星观测,也就是行星从主星前方通过,让星光亮度和光谱发生微弱改变的事件。但比邻星b的轨道构型可能对此不太有利。至于更扯淡的突破摄星计划,半人马α系统本身就是它的造访对象,由于这个发现将其目标细化为比邻星也不是没有可能。不过本人非常怀疑其能够拍摄高分辨率行星照片的可能性:像新视野号这样任务规划完好的行星飞掠计划,也只有在距离目标天体数千千米后才能看到其上的地貌,而从数十万千米外拍摄的小型冥卫照片则完全谈不上细节;这种预期不明的撞大运任务,就算使用小型探测器广撒网又怎样?在人力不可控的能在多大的概率上保证一定遭遇希望碰到的行星?天体之间的距离真的是超出日常的想象啊!

而关于这一发现的可靠性,Anglada-Escudé的团队认为,由于他们使用了从2000年起一直到今年的长期观测,而且今年还集中采集了两个月的数据,信号的可信性被时间增强了。无论如何,这次应该比半人马α B星周围的那颗行星更为可信。但愿这个说法能得到时间的检验吧。

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