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超級地球每年都有新發現!最近的距離只有33光年,人類能抵達嗎?
2023/10/20

小時候,晴朗的夏日夜晚,望著天上數不盡的星星,你肯定想象過,那上面是不是也有一個跟自己一樣的孩子,在以同樣的方式望向地球。

長大之后,看到UFO和外星人的各類信息,關于地球外是否有生命的想象就會更加具體。

(想象中的超級地球HD85512b,距離我們36光年)

大眾的想象是天馬行空且富有浪漫情調的,天文學家對于地外文明的探索則很嚴謹。以至于每當大眾看到一組又一組關于地外生命探索的相關數字之后,不管是以光年為單位的距離,還是動輒超地球多少倍的體積,都會讓你生出宇宙浩渺自我宛若塵埃之感。

時至今日,關于超級地球的探索數量已經發現了不少,距離地球最近的據說只有33光年,相比于那些動輒上千甚至數萬光年的星球,這已經算很近了。

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超級地球是什麼

要理解超級地球是什麼,就得想一下地球上為什麼會有生命,或者說生命出現的基礎條件有哪些。

它得有固體的地表,像地球一樣得是以硅鹽酸巖石為主的星球,因為宇宙里一些星球是氣體巨星,不存在固定的地表。

有了固定的地表之后,星球上才有可能出現水。在地球上水是一切生命形式的源頭, 而且水的形態還必須得是液態,氣體或者固體的形式存在,則說明星球上的溫度要麼太高要麼太低。

溫度合適的關鍵,就需要這個星球到恒星之間的距離恰到好處——既不能太遠也不能太近,恰好能保證液態水的生成。在天文學領域,若是某個星球具備這些元素,尤其是距離恒星的位置合適,則被稱之為「宜居帶」。

光有上述幾種因素還不算,這類星球要想最終孕育出生命,還必須得擁有一層厚厚的大氣層。

(我們的太陽和格利澤581對比)

地球上的動物包括人類在內,我們之所以能享受到和煦的陽光,靠的就是大氣層將過量的紫外線和輻射過濾了。如果沒有大氣層,地球上每天遭受太陽和宇宙射線的暴擊,生命根本不可能存活。

除此之外,大氣層還能保證星球上的溫度處于恒定狀態,不能是太陽升起來能烤死生命,落山后生命又被凍死了。

如果符合了上述幾種條件,在天文學領域就可被稱之為類地行星了。以人類目前的天文學水平,所觀測到的宇宙空間內,還沒有發現過一個與地球的相似度達到八九成以上的。

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在這種情況下, 天文學家只能降低標準來尋找。根據天文學領域的定義,凡是質量高于地球,又低于冰巨星的太陽系外行星,都可以被看作是超級地球。

簡單來說,就是剔除了溫度、組成成分、軌道屬性、是否在宜居帶上等必要條件。這樣一來,超級地球被發現的數量就多了。

目前發現的超級地球有哪些?

最早在1992年,亞歷山大·沃爾茲森等人發現了兩顆行星,它們的質量為地球的4倍左右。這兩顆行星位于PSR B1257+12(巫妖星)旁邊,巫妖星位于室女座,這里到太陽系的距離,超過了2300光年。

到了2005年,另外一個天文學團隊又發現了另一顆超級地球。此行星圍繞著一顆被命名為格利澤876的紅矮星公轉,所以發現它之后就將其命名為格利澤876d,它的質量是地球的7.5倍左右。

雖然在質量上符合超級地球的標準,但是它圍繞格利澤876公轉一圈的時間只需要48小時左右,這意味著它距離恒星的位置很近,天文學家推測其表面溫度為343攝氏度。

2007年,另外兩個圍繞紅矮星運轉的超級地球又被斯特凡·烏德里的科研團隊發現。兩顆行星環繞格利澤581這顆紅矮星運行,其中一顆上被推測可能存在液態水,另外一顆推測其溫度,是地球上零下3度到零上40度之間,兩顆行星是地球質量的5倍。

其實從2006年前后開始,到2016年10年的時間里,發現的超級地球數不勝數。比如在2011年初,通過開普勒太空望遠鏡獲取的新研究,一次就列出了1325顆候選行星,符合地球等級和超級地球等級的行星超過了300顆。

基于上述情況,天文學家賽思·肖斯塔科估計,單單是距離地球1000光年內,適合人類居住的星球至少有30000顆。

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若是將這個范圍擴大到銀河系內,至少有5億顆行星處于宜居帶上。

之所以有這麼多的發現,是因為有一系列的太空尋找計劃。比如「達爾文計劃」,此前由歐洲空間局提出制定,這是由多艘飛船和太空望遠鏡組成的列陣,能夠讓天文學家看到更遠之外的地方。

歐洲空間局還推動過「GAIA計劃」,其發射的太空望遠鏡處于特定區域,可以減少太陽光線的干擾,有利于對外太空進行探測。

美國航天局也曾提出過相關的計劃,計劃中是為了尋找類地行星的,而在開普勒望遠鏡升空之后,發現的超級地球以及符合標準的候選行星更多。

比如開普勒22b,就是開普勒望遠鏡升空之后發現的第一個超級地球。它位于天鵝座內,圍繞著類太陽恒星開普勒22公轉,距離地球為600光年。

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2011年前后,被發現距離地球最近的超級地球為36光年。這顆被命名為HD85512b的行星位于船帆座,繞格利澤370運行,所以又被稱為格利澤370b,它的質量是地球的3.6倍,而且還被推測認為位于宜居帶上。

10年之后的2022年,NASA再次發現兩顆距離地球較近的超級地球,距離我們只有33光年。不但距離最近,而且是迄今發現的所有超級地球中,與我們最接近的行星系統。

綜合來看,從上世紀九十年代開始,天文學家發現的超級地球很多。不管是將相關標準提升還是降低,候選的行星數量一直在增長。這說明,在龐大的宇宙之內,如果以地球為標準的話,能形成生命的星球還是有很多的。

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存在生命嗎?

2017年,通過智利的MEarth-South望遠鏡,天文學家又發現一顆距離地球39光年的超級地球。

研究人員發現,它不光符合超級地球的標準,而且又接近類地行星的標準。行星圍繞著紅矮星LHS1140進行運轉,由于這顆紅矮星輻射低,天文學家推測其對繞行的行星影響較小,有利于行星生成大氣層。

而且這顆行星正好位于宜居帶的中心,區域內的溫度不高不低,所以星球上可能存在液態水。它的體積是地球的1.4倍,質量為8倍,因此推測其是由巖石構成,并且很有可能存在鐵核。

這樣的發現讓天文學家很是興奮,因為生命出現的標準它都基本符合。也因此,在此前發現的所有超級地球中,它也是被認為最有可能存在生命的星球。

事實上,類似的發現近年來有很多,還在2015年的時候,天文學家就發現過K2-18b超級地球,這顆行星的大氣層中還被發現了有水,測算其水分高達50%。

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此外,它的體積是地球的兩倍,溫度介于零度到40度之間。

所以在當時,天文學家就認為上面有生命跡象。但是,K2-18b超過111光年的距離,以目前的科技水平,根本無法到達上面去證實是否有水。

到了去年,又有兩顆距離地球最近的超級地球被發現了,兩顆行星距離地球只有33光年,比此前在2017年發現的那一顆還短了6光年。

兩顆行星圍繞著HD260655紅矮星運轉,它們的體積是地球的1.2倍到1.5倍,質量是地球的2倍到3倍。

雖然在質量上符合超級地球的標準,可惜它們環繞HD260655公轉的時間只需要5.7天,這意味它們距離熾熱的恒星很近。後來的研究也發現,其中一顆行星上的溫度為435攝氏度,另一個為284攝氏度。

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如果只從溫度上來看,行星上不會存在生命。不過天文學家也表示,兩顆星球上的實際溫度是多少,還要看環繞的大氣層及其成分性質。但綜合以前的發現來看,這兩顆行星,是迄今發現距離我們最近的超級地球。

目前,所有發現的超級地球,哪怕是處于宜居帶上的,是否存在生命天文學家也不敢肯定。畢竟距離太過于遙遠,以人類現有的飛行技術,根本沒辦法去證實。

也因此,即使是發現比超級地球標準還要高的類地行星,天文學家也只能用「可能存在生命」來形容。

(人們想象中的開普勒22b)

如何實現星際旅行

距離地球最近的超級地球為33光年,聽起來單位數很小,那不過是為了方便表達,而用了天文學單位代替了傳統的距離單位,以便折疊掉數字后面的無數個零。

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一光年的距離,大家都知道為 9.46兆公里,以人類目前制造的最快的飛行器朱諾號木星探測器來計算,它每小時大約可飛行26.5萬公里。依照這樣的速度飛完一光年,至少也需要4073年才能實現。

所以,哪怕是距離地球最近的33光年之外的超級地球,以人類目前的飛行器去往那里的話,所花費的時間都足夠地球上一個演化的人種消失了。

這就意味著,如果人類真的想以光年為單位飛行的話,就必須得顛覆現有的一切技術才行。

20世紀70年代以來,不少天文學家針對星際飛行,曾有過無數設想。常規的方式有電子束引爆核動力火箭,或者激光點火核聚變火箭。

這些模式還是以加速為主,但即便速度提升之后,飛躍10光年之內的距離,也需要20到100年的時間。

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而且這樣的技術目前也不能實現,推測最快出現的時間也要到下個世紀。

于是也有人改變思路,考慮利用反物質火箭或者黑洞來驅動。根據相關設想,這類技術能在20天內將飛行器的速度加速到光速的10%,而且黑洞驅動輸出的能量,能維持在3年以上,這足夠人類飛出很遠的距離了。聽起來很不錯,但目前這些設想更相當于是異想天開。

于是,也有天文學家更現實一點,既然不能快,那就「慢行」。利用技術讓人類在漫長的星際飛行中處于睡眠狀態,不到地方不喚醒,這樣即便飛的很慢,也最終能到達目的地。

大量的科幻電影中都有類似的情節,而《流浪地球》設想的則更宏偉,讓整個地球以勻速的狀態飛行,即使速度很慢,一代又一代的人驅動著地球,最終也能到達目的地。

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結語

無論是哪種方式,目前所有的方案都僅僅是設想狀態。因此以你我的有生之年來看,每當仰望星空,看著一顆顆明亮的星星,我們只能想象著上面是否有生命,而無法觸及到它。

以生命的形式,以及我們所處的時間維度來衡量,人類太過于渺小。但是,我們擁有想象力,我們閉上眼,就能想象出穿越萬水千山甚至是光速運行的情形。

也正是靠著這份想象力,人類才孜孜不倦地向更遠的外太空張望和探索著,哪怕我們的肉體無法觸及如此遙遠的距離,但是我們的靈魂,我們渴望發現同類的心,一直沒有停歇下來。

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渺小之于浩渺,人類之于宇宙,大與小,遠和近,不都融為一體了嗎。


參考資料:

《超級地球是什麼樣的?》 科普中國 2018年3月11日
《天文學家發現一「超級地球」可能適宜生命》 東陽日報 2012年2月4日
《美國科學家發現39光年外的「超級地球」 稱可能存在生命》 國際在線 2017年4月20日
《兩顆距地僅33光年的「超級地球」發現》 科技日報 2022年6月20日

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