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回顧:48光年外的超級地球!海洋寬度或達4000公裏,20℃,真的宜居嗎?

2024-10-14科學

表面溫度20℃的海洋,出現在任何一顆行星上,都會讓我們忍不住聯想到生命。最近,在48光年外的鯨魚座,天文學家發現了一顆這樣的天體。

這裏有一顆恒星,名叫LHS 1140,又叫Gliese 3053、2MASS J00445930-1516166。 它的半徑大約是太陽的1/5,不過年齡略大一點,形成於差不多50億年前。 它所處的距離雖然仍然是人類航天器無法企及的,但對於我們的望遠鏡來說,也算是比較友善的距離了。

在它的周圍,天文學家一共發現了3顆系外行星,依次被命名為LHS 1140b、LHS 1140c 和 LHS 1140d(候選)。盡管這三顆行星都很可能是超級地球,但其中最引人關註的,就是LHS 1140b。

實際上,LHS 1140 b早在2017年的時候就已經被發現了。不過,天文學家一直沒有像今天這樣重視它,因為對於它的身份,科學家們一直不是很清楚。

在太陽系內,地球是最大的巖石行星。所有比地球大的行星,都是氣體行星。也就是說,在太陽系八大行星中,巖石行星的半徑上限就是以地球為標準,氣體行星的半徑下限則要參考海王星的數據。

至於二者之間的行星是氣體行星還是巖石行星,天文學家沒有一個明確的答案。一顆巖石行星,到底成長到多大,就達到了極限呢?沒有人知道。

而LHS 1140 b,恰好就處在這個範圍內。觀測結果表明, 它的半徑是地球的1.7倍。 盡管天文學家認為,巖石行星和氣體行星的半徑界限應該是地球半徑的2.5倍左右,但沒有實際的觀測結果和絕對可靠的理論推導,誰也不敢下定論說LHS 1140 b一定是巖石行星。

如果它是一顆氣體行星,那麽我們就可以堅定地把它忽略,因為目前沒有任何理論支持氣體行星孕育生命。如果它是巖石行星,那麽至少可以為生命的發展提供穩定的表面環境。

最好的辦法,就是測量這顆行星的質素,從而推算出它的密度。如果是巖石行星,其密度就會遠大於氣體行星的數據。

憑借著美國太空總署的占士·韋布太空望遠鏡,天文學家對它的體型有了極高精度的觀測。結果表明,LHS 1140 b的質素差不多是地球的5.6倍。這麽算下來,它的密度比地球還要大一點。看樣子,它應該就是一顆比地球更巨大的巖石行星,也就是大家通常說的「 超級地球 」。

在利用韋布望遠鏡進行觀測後,天文學家更加確信了這一點。韋布不僅很大程度上排除了LHS 1140 b是氣體行星的可能性,而且透過光譜分析,竟然發現它的大氣層中富含氮氣,這和我們地球的大氣層也高度相似!

有了基礎的固體表面和富氮大氣層,接下來還有一條要素非常關鍵,那就是生命之源——液態水。

水是生命的基礎,因為它可以作為溶劑,讓各種生物化學反應在此進行。只有水還不行,溫度也要合適才可以,必須要讓水保持液態,這些物質才能溶解並進行反應。

在此之前,天文學家已經利用望遠鏡對它進行了大量的觀測,並認為它擁有海洋。而這個大氣層,正是保護水分不被恒星吹散的關鍵。如果沒有大氣層的保護,這顆行星表面的水恐怕早就蒸幹了。

透過韋布望遠鏡的觀測,研究人員更加確信了這一點。他們認為, LHS 1140 b的質素中可能有多達10%~20%的部份是由液態水構成的。

這個數據可謂相當恐怖了,網上有一張著名的圖片,就是把地球上的全部水資源儲量聚集在一起,和地球的體型作對比,可見我們這顆蔚藍色的行星,其實在水資源方面是多麽匱乏。 如果上述數據都準確的話,LHS 1140 b僅僅水資源的質素,可能就和整個地球差不多了

從大氣層到海洋再到固體表面,全都和地球如此類似,難怪天文學家也忍不住興奮起來!

由於LHS 1140 b和宿主恒星之間的距離比較近,它已經被潮汐釘選,也就是像月球一樣,只有一面能夠朝向自己圍繞著的天體。

它之所以被潮汐釘選,就因為和宿主恒星之間的距離太近了。研究結果表明, 它的軌域平均半徑只有0.0957個天文單位,也就是差不多1400萬公裏,比距離太陽最近的水星還窄得多。在這麽近的距離之下,它的公轉周期也僅有24.7天,還不到一個月。

按照常理來說,一顆行星永遠朝向宿主恒星的那一面沒有降溫的機會,行星本身離恒星又近,自然會被炙烤得像是一個地獄世界。

好在LHS 1140 b的宿主恒星是一顆紅矮星,本身溫度也不高。天文學家估計 ,LHS 1140 b正面直徑4000公裏的海洋,表面溫度可能只有差不多20℃。 這個數碼,對於生命來說,可謂是相當宜居了。

按照這個情況來看,它背向宿主恒星的一面,應該是永久冰封的寒冷世界。據估計,它的表面絕大部份都會被水冰所覆蓋,只留下朝向宿主恒星的直徑約4000公裏的區域有液態海洋露出表面,其表面積相當於1/2個大西洋,天文學家形象地將它比喻為牛眼海洋。

目前,上述描述仍然是天文學家的推測。不過,本次研究的領導者、來自蒙特利爾大學的博士生Charles Cadieux指出:「在目前已知的所有溫帶系外行星中,LHS 1140 b很可能是我們有朝一日間接確認太陽系外的外星世界表面存在液態水的最佳選擇,這將是尋找潛在宜居系外行星的一個重要裏程碑。」

早在本次研究之前,Charles就對這顆行星充滿了信心,因為彼時類似於哈伯、斯皮策等太空望遠鏡以及淩星系外行星巡天衛星(TESS)等器材,都對它進行過觀測,結果也比較樂觀。

如今有了韋布望遠鏡的觀測,他們終於得到了想要的結果——一顆在許多方面都很像地球的系外行星。

連木衛二這種只有地下海洋的天體,都被認為是極有可能孕育生命的。如今LHS 1140 b極有可能存在著地表的液態海洋,天文學家該給予多大的期待呢?