海内存知己 天涯若“比邻”——离我们最近的恒星旁有类地行星!

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欧洲中部时间8月24日晚,欧洲南方天文台召开了新闻发布会,宣布在与地球最近的恒星比邻星周围发现一颗位于宜居带内的行星!

由于比邻星(Proxima)是我们的隔壁邻居,距离我们仅4.23光年,所以这项发现引起了格外的关注。这颗行星被命名为比邻星b(Proxima b),距离比邻星只有700万公里(0.047天文单位),绕行一周只需要11.2天。尽管这个距离我们的水星到太阳的距离还要近得多得多(只有后者的12%),但由于比邻星本身是颗红矮星,质量为太阳的0.123倍,光度仅为太阳的1.55‰,表面温度2800K,这使得行星比邻星b仍然处于所谓的“宜居带”,拥有允许液态水存在的适宜温度。然而这个距离上会遭受来自恒星非常强烈的紫外线和X射线的照射,相比于地球空间环境可能更为恶劣。

太阳-水星(左)与比邻星-比邻星b(右)的大小、位置的比较(来源:ESO/M. Kornmesser/G. Coleman)

比邻星是南门二(半人马座α)三星系统中的一颗恒星,相较于南门二双星来说更靠近地球,因此被冠以“比邻星”之名。虽然南门二是全天第四亮的恒星(-0.3等),但比邻星的视星等却只有11等,太暗太暗了,不仅无法用肉眼看到,连地面望远镜观测它也不太容易。今年上半年,欧南台位于智利拉西拉天文台(La Silla)3.6米口径的HARPS光谱仪对比邻星进行了非常细致的观测。在行星围绕恒星运转时,行星的引力作用会令恒星的视向速度(即朝向和远离地球方向的速度)产生微小的变化,这些变化会反映在恒星光谱中的吸收线上,呈现非常小的多普勒效应。HARPS就是这样一台特别设计的极为精密的仪器,能够探测到小于每秒1米的多普勒位移。想象一下,一个极为暗弱的红色光点在很小的范围内前后摆动,虽然眼睛看不出,但在光谱仪面前,行星却露出了马脚。

南门二、比邻星在天空中的位置(来源:Y. Beletsky (LCO)/ESO/ESA/NASA/M. Zamani)

可以这么说,在满天无数恒星中,比邻星永远是我们最关注的焦点之一,因为它是我们太阳系不折不扣的邻居,所谓“远亲不如近邻”嘛。事实上关于比邻星(包括南门二系统)周围行星的探测近几年就没停过。2013年欧南台以及美国部分设备就已经有所发现,但并未得到具有说服力的结果。就说今年1月中旬到4月期间,相关的观测数据也都是公开的,只不过直到今天才最终完成了论文,向公众正式宣布。

南门二A/B和比邻星与我们的距离(来源:ESO/Pale Red Dot)

最新的数据是由叫做“黯淡红点”计划(Pale Red Dot)的项目取得的,结合早期的欧南台及其他天文台的观测资料才终于发现这样一个令人兴奋的明确结果。探测发现,比邻星有时候会以5km/h的速度(相当于正常人的步行速度)靠近地球,有时候又以相同速度远离地球。如此微小的变化恰恰就在HARPS的探测范围内,天文学家由此可以推算出径向速度的重复周期为11.2天。再做进一步分析推算出造成这种结果的原因可能就是存在着一颗约为1.27倍地球质量的行星。

研究人员古伊勒姆•安格拉达-埃斯库德(Guillem Anglada-Escudé)谈到这个话题时依然难掩兴奋,他说仔细核对了“黯淡红点”计划60个晚上的数据,前10个的时候“看着还行”,检查到前20个晚上认为“值得期待”,等到检查了30个晚上的时候可以说“相当明确”了,当即决定起草论文。当然,研究团队也十分谨慎,利用其它设备仔细排除其它的可能,因为红矮星相较于太阳而言本身质量很小光度也很弱,会表现出类似行星的举动。

 

自2016年1月1日以来观测到的比邻星的视向速度周期性变化(来源:ESO/G. Anglada-Escudé)

研究团队发表了两篇论文讨论了比邻星b的宜居性及其气候。他们发现目前这颗星球上在一定条件下存在液态水的可能性不能排除,他们认为在阳光最充足的地区,液态水或许能存在于地表,比方说同步自转(像月亮那样)情况下朝着恒星的半球,或者是3:2共振模式(像水星那样)中所谓的热带地区。总之比邻星b的自转比较特别,再加上受到恒星的辐射,以及行星形成的历史,令比邻星b的气候与地球风格迥异,简单说,它上面是没有季节的。

 

研究人员给出的对比邻星b公转和自转在1:1和3:2两种共振模式下二氧化碳浓度及表面温度的预测(来源:Turbet et al., A&A, submit/1646893)

平心而论,发现系外行星如今已经不是什么新闻了,但是发现红矮星边的类地行星还是会让人兴奋一下,而在距离我们那么近的地方有一颗和地球差不多大小的星球,我们的小心脏难免会加速跳动。“海内存知己,天涯若比邻。”地球人寻找知音的渴望或许也是与生俱来的。不管怎样,这项发现一定会掀起全球范围更为广泛的研究,包括现有的设备以及未来的巨型光学望远镜,必将继续把比邻星和南门二系统列为必选科目。就像我们昨天提到的,霍金的“突破摄星”计划也是瞄准比邻星的。如果疯狂的想法真能实现的话,或许在未来一两百年里,甚至在我们有生之年就能看到4.23光年外,离地球最近的一颗系外行星长什么样了。太不可思议了,想想还是有点小激动呢!

艺术家笔下的比邻星b上的景象(来源:ESO/M. Kornmesser)

文章来源:天文茶餐厅

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网友评论3

  1. 沙发
    科研宝宝:

    黑暗森林法则:一旦被发现,总有一方被消灭! 好怕怕呀

    2016-08-27 上午10:00
  2. 板凳
    东坡东:

    什么时候可以上去看看呢?

    2016-08-27 上午11:48
  3. 地板
    lidalong:

    想听听刘新慈怎么说

    2016-09-07 上午8:46
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