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发布时间:2019-02-22

原标题:40光年外七行星系统或为水世界,却不适合生命生存

40光年外七行星系统或为水世界,却不适合生命生存


在2016年,科学家们发现在距离地球仅有不到40光年的地方,一颗编号“TRAPPIST-1”的恒星周围存在3颗行星,2017年,科学家们又发现了4颗围绕这颗恒星运行的行星,使得这一系统内的行星数量达到7颗。

TRAPPIST-1是一颗暗淡的红矮星,它的7颗行星分别被编号为TRAPPIST-1b,c,d,e,f,g和h。其中有三颗(e,f,和g)被认为存在于TRAPPIST-1周围的宜居带内,所谓宜居带就是距离适中,因而温度较为适宜,可能允许水以液态形式存在于行星表面的范围。

▲艺术想象图:从TRAPPIST-1系统中的一颗行星表面眺望远处的恒星TRAPPIST-1,画面中也可以看到其他几颗行星

相比太阳,TRAPPIST-1的亮度要暗淡2000倍以上,因此相应的,TRAPPIST-1周围的宜居带距离要近得多。事实上,TRAPPIST-1周围的全部7颗行星都挤在比水星到太阳距离还要近的一个很窄的范围内,拥挤在一起。

真正的水世界

最近,一项研究显示这些行星上似乎存在着大量的水体,甚至对于生命来说,这里的水多的过头了。在这一系统中的7颗星球上,每一颗都可能含有数百倍于地球全部水体的水量,甚至其中一颗的水体总量可能相当于地球水量的1000倍。

不过令人意外的是,科学家们认为,这一发现对于存在生命的猜想而言,并不是一个好消息。

这项研究的第一作者,美国亚利桑那州立大学地球与太空探索学院博士后凯曼·阿特伯恩(Cayman Unterborn)表示:“太多水并不是好事。TRAPPIST-1行星系统很有趣,但或许并不适合生命生存。”

▲TRAPPIST-1系统的7颗岩石行星(上排)与太阳系的4颗岩石行星(下排)各项参数对比

这7颗行星都是通过“凌星法”发现的,也就是通过对行星从面前经过时,遮蔽一部分恒星的光,造成后者亮度出现极为轻微的下降的现象。高精度探测器能够检测出这种亮度变化,从而推算出行星的存在,并且可以通过数据计算出这些行星的直径大小。

另外,通过仔细观察这些行星相互之间的引力作用,导致它们各自在经过恒星面前时产生的凌星行为出现的极为轻微的变化,天文学家们大致估算出了这些行星的质量。

当我们有了体积和质量数据,阿特伯恩的团队开始尝试利用计算机模型技术估算这一系统中6颗行星的物质组成。他们在研究中排除了最外侧的一颗行星,即TRAPPIST-1h,因而对这颗行星的了解过少,难以开展相应研究。

模型计算结果显示,这些行星物质组成中的水含量相当高。其中位于最里侧的TRAPPIST-1b和c的质量中10%是水,而距离稍远的f和g两颗行星的质量组成中,水更是占到了至少50%,而位于中间位置的d和e的含水量则大致也位于中间。

并非生命乐园

这些数字都是极为惊人的,要知道地球上的全部水体只占到地球总质量的0.2%左右。完全可以说这些行星都是真正的“水世界”,可以想象,那些星球的表面将完全都是海洋,根本不会有陆地。

如果事实的确如此,那么这将不利于生命的存在。

在相关论文中,研究人员写道:“由于缺乏露出水面的陆地,关键的地球化学循环,包括碳和磷的循环将受到限制,这将限制生物圈的规模。尽管这些星球表面的确存在大量液态水,但是在这些星球上发现的任何提示可能存在生命迹象的信号都需要谨慎对待,因为它们可能会是某种非生命的,地球化学来源的相似信号。”

阿特伯恩指出,这样的环境也有可能阻断一些对于生命来说比较重要的地质学作用,比如地球地幔中的岩石在向上迁移到较浅区域时往往会由于压力减小而熔化成为液态。但这种释压熔化在这些星球上可能发生的可能性会低一些,因为这些星球表面的巨量海水会产生强大的压强,难以让这样的释压熔化发生。

▲示意图:TRAPPIST-1系统,拥有7个岩石行星

如此一来,在近地表就缺乏熔融岩浆的存在,于是也就很难想象会有火山喷发活动,至少不太可能存在地球上我们所看到的那种火山。而如果没有火山,那么类似二氧化碳之类的温室气体就难以补充到大气中去,这样温室效应就会很不明显,而这样下去的结果就是这些星球将陷入失控的冰封之中。

围绕红矮星运行的行星在宜居性上还会面临另外一层的挑战。比如说,如果这些行星靠的比较近,位于红矮星周围的宜居带范围内,那么在这么近的距离上,几乎可以肯定它们肯定会处于“潮汐锁定”状态,也就是说它们将总是以同一面朝向恒星。这样一来,行星的一面就会温度很高,而另一面则会陷入完全冰封。

当然如果存在比较浓密的大气层,这样的极端两分性还是可以得到缓解的,因为大气流动可以扩散并均衡热量。但是红矮星上耀斑爆发的频率和强度都要远超过太阳,这对于周围行星上可能存在的生命都将是非常大的威胁。

关注的重点不该是生命

之所以这个问题很重要,因为红矮星是宇宙中数量最多的恒星类型:就看银河系,银河系内所有恒星中大约75%都是红矮星,因此银河系内绝大部分行星——不管上面有没有生命,都是围绕红矮星运行的。

这项最新研究还对TRAPPIST-1系统的形成与演化提供了一些线索。比如说,所有7颗行星都位于所谓“雪线”内侧。所谓“雪线”是指由于距离恒星足够远,在这条线外侧区域的行星在最初形成时,水可以保持冰冻状态。


▲TRAPPIST-1恒星与太阳的大小对比

但是模拟现实TRAPPIST-1f和g两颗行星最初形成时可能位于雪线之外,后来才逐渐迁移到了内侧,而TRAPPIST-1b和c则是在雪线内侧形成的。目前还不清楚TRAPPIST-1d和e的形成与雪线的位置关系。

总体来说,这项研究认为类似TRAPPIST-1这样的红矮星系外行星系统不能被简单地类比为迷你版的太阳系。这些行星的形成过程和历史经历可能与太阳系的行星有所差别。

阿特伯恩表示:“我认为,在向公众宣传这一发现的意义方面,从行星形成与演化角度出发,可能要比宣扬那里可能存在生命的设想更加合适。”他说:“没人想做那个扫兴的人,说那里不太可能会有生命。但我们更应该关注的是这个行星系统本身非常有趣。对它更好的理解将能够帮助我们理解那些真正存在生命的行星。”

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发布时间:2019-02-22 00:00:00

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