【科普中国】另一个"地球"被发现!距我们有多远?适不适合居住?答案全在这…
  来源:科普中国
2020-01-14 11:42:16

(本文由黑龙江省科协与黑龙江日报客户端联合发布)

本文专家:鲁暘筱懿,行星物理学博士,中国天文学会会员


从很早开始

人们就有了去其他星球生活的想法

有说去月球的

也有说去火星的

也有很多人希望去太阳系以外的


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前几天

在美国天文学会第235次会议上

宣布凌星系外行星巡天卫星(TESS)

搜寻到一颗太阳系外恒星系宜居带上的

地球大小的行星


名字叫TOI 700d

距离太阳系约100光年


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那么

这颗行星真的适合我们未来居住吗?

它又是怎么被发现的?

快来看

这颗小行星能不能住人?


这颗编号为TOI 700d的系外行星,位于系外恒星TOI 700的宜居带范围内,同时被发现的还有,围绕该恒星运行的行星TOI 700b和TOI 700c。


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TOI 700是一颗M型红矮星,距离我们约100光年,位于南天的剑鱼座方向,其体积接近太阳的40%,表面温度只有太阳的一半。


行星TOI 700d的体积是地球的120%左右,它是三颗行星中最靠外侧的一颗,每37个地球日绕恒星公转一圈,接收到的热能是地球接收的太阳能的86%。它与恒星TOI 700距离适中,以上条件有利于该行星上液态水的存在。


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TOI 700d想象图


根据数值模拟结果,如果TOI 700d被海洋所覆盖,大气中的主要成分将是二氧化碳,很像早期的火星。


科学家还推测,这3颗行星自转周期和公转周期一样长,会始终以同一面面对其母恒星,即朝向恒星的一面总是处于“白天”。


注意,这些还都只是推测。具体情况要由未来获得大气光谱后才能分析出来。


等一下,说得这么热闹,那这些情况又是怎么测量出来的呢?

如何测定它与我们的距离?


测量天体之间的距离主要有激光测距法(地月距离)、开普勒定律法(太阳和行星间)、三角视差法(太阳和相邻恒星间)、光谱法(银河系内)、变星法(银河与相邻星系间)、红移法(宇宙尺度)。


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三角视差法示意图


测量地球到TOI 700d距离主要用到的就是三角视差法。


对同一个行星,分别在两个点上进行观测,两条视线与两个点之间的连线可以形成一个等腰三角形,根据这个三角形顶角的大小,就可以知道这个三角形的高,也就是行星距观察者的距离了。


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行星的大小、大气成分、有没有水又是如何测出来的呢?

如何测定它的大小和成分?


科学家通常通过凌星法(又叫掩星法)测定行星大小。当一颗行星从母恒星盘面的前方横越时,就会挡住恒星的一部分,可以观察到恒星的视觉亮度会略微下降,测出这颗恒星被挡后变暗的程度,就能计算出行星相对于恒星的大小。


通过复杂的过程计算出行星的质量,并与径向速度结合后,就可以测出行星的密度,然后就可以对行星的物理结构有更多的了解。目前大部分被证实的系外行星都是用这种方法进行测量的。


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凌星法还可以研究系外行星的大气层成分。当行星从恒星的前方横越时,恒星的光将通过行星上层的大气层。研究恒星光谱,可以检测出行星大气层存在的元素。也可以通过测量星光经过行星的大气层或被反射造成的偏极化,检测出行星大气层的成分。


有多少系外行星被发现?


在TESS上岗之前,寻找系外行星的大功臣是她的前辈——“开普勒”太空望远镜。


经过42300多个日日夜夜,“开普勒”帮助人类找到了2662颗系外行星,另有2898颗“系外行星”等待验证。


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在已发现的这些系外行星中,其中207颗与地球大小相似、680颗是“超级地球”、1181颗为海王星大小、203颗为木星的大小、55颗则比木星更大。


这些行星有多少能住人?


能住人的前提条件之一,是处于“宜居带”,也就是恒星周围区域。开普勒发现的候选行星中,有48颗位于宜居带。


在这个区域,行星表面的恒星辐射和行星辐射冷却之间的平衡使得表面的水成为液体。在太阳系中,宜居带大致是金星到火星之间。


理论上宜居带中有生命存在的行星,质量一般是地球质量的5%到5倍之间,而且通常要有磁场来保护大气层,也让星球上的液态水不全变成水蒸气散逸到太空中。


行星上不能像金星那样出现严重的温室效应。恒星与行星间距离要适中,太热、太冷都不行。


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根据天文学家的分类:


最小的一类行星,半径小于4倍地球半径。


第二类行星有4到10倍地球半径,构成了小型行星和大型气体巨星之间过渡型行星;


第三类包含了气态巨行星,半径超过地球的10倍,主要由氢和氦组成,其中包括类似木星的星体。


那么什么样的行星能住人呢?


2到4颗地球半径的行星是最有可能拥有“水世界”的行星,而能不能住人还要看具体情况。


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随着对“适宜生命居住”理解的深入

与探测技术的日新月异

相信跟地球长得很像的宜居行星

将会有越来越多被发现

而找到宜居行星

是“星际移民”的第一步