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尋找地球的第二個家園,科學家發現了跟蒸鍋很像的星球

熱氣騰騰的水世界

搜尋太陽系外的宜居行星,給人類找一個合適的第二家園,是當代天文學家熱衷的課題。到2014年2月為止,天文學家已經確定了1700餘顆系外行星。但在這些行星中,絕大多數是氣體行星,也就是像木星那樣的虛胖子,它們絕不是我們要找的目標。

尋找水世界

如今,天文學家比較關注的是一些個頭較小的、有岩石表面(意味著有大陸)的行星。在天文學領域,這些與地球板塊構造相類似的行星就被稱為超級地球。雖然超級地球的數量不少,但人們顯然還對它們有更高的要求——水!任何一顆含水超級地球的出現,都會讓天文學家精神一振。畢竟,水才是地球生命最需要的一種物質,而地球本身就是一顆「大水球」。

幾經尋找,天文學家終於將目光鎖定在了GJ1214b身上。它的一切條件都符合要求,而且距離地球僅有40光年,與那些動輒距離幾百光年的行星相比,對我們更有誘惑力。更重要的是,它似乎還是一顆含水行星。不過可惜的是,這其實是一個美麗的誤會,GJ1214b的真面目是一個熱氣騰騰的水世界。

GJ1214b的兩副面孔

2009年,美國哈佛-史密森天體物理中心(Harvard Smithsonian Center)的科研人員發現了GJ1214b行星,它環繞著一顆紅矮星運行。

在圍繞紅矮星運行的同時,GJ1214b也會對它產生引力,讓它像跳搖擺舞那般左右晃動。如果行星與恆星的品質相差不大,那麼它們之間的搖擺舞就會跳得非常明顯。事實上,正是因為這種搖擺,才讓天文學家觀測到了這個獨特的天體系統。

由於兩者間的搖擺運動完全是由自身引力造成的,因此搖擺的幅度也能體現出恆星與行星的品質對比,從而輕鬆地確定行星品質。GJ1214b這顆行星的品質是地球的5.6倍,這比那些龐大的氣體行星(比如木星、土星等)小多了。在宇宙太空中,這樣的品質差距幾乎可以忽略不計。

在它倆跳搖擺舞的某一時刻,行星會從恆星的面前掠過。此時,它就會遮住恆星的光芒,這種現象就叫凌星。因此,科學家在這個特殊時刻,根據那顆紅矮星亮度的變暗程度,測算出了GJ1214b的個頭大小——地球的2.7倍。

既然知道了品質和體積,我們就可以很容易地計算出GJ1214b的密度。它的密度約為1.9g/cm3,僅比水重一點(水的密度約為1.0g/cm3)。如果我們能把這顆星球放到水中,那麼它會非常緩慢地沉入水底。當然,這樣的密度遠比不上地球的平均密度(5.5g/cm3),地球上不僅有水、陸地,還有各種金屬礦物。那麼,密度如此之小的一顆行星究竟是由什麼物質組成的呢?

為此,天文學家絞盡腦汁,終於意識到只有兩種可能:第一,它有極小的岩石核心,外圍卻有一個非常大的氫氣層,簡單來說就是一大團氫氣包裹著一些石頭;第二,它有一個較大的岩石核心,核心外圍是深深的海洋,海洋之外就是大氣層。隻不過,這個大氣層是水汽和氫氣並存的大氣層,而且水汽佔多數。

當然,這兩種可能只是根據它的密度得出的結論,那麼,GJ1214b究竟是什麼樣子的呢?

難以接受的事實

從GJ1214b行星進入天文學家視野的那一天起,它就成了觀測重點,人們都想揭開它的神秘面紗,了解它的物質組成結構。於是,各國天文學家展開了一次「競賽」——研究它的大氣層結構。眾所周知,氫氣是世界上已知的密度最小的氣體,如果能夠排除含氫氣較多的這種可能,那麼我們就幾乎可以肯定,它的大氣層主要成分是水!

正是基於這種希望,很多研究系外行星的科學家以及大型望遠鏡都投入到了這場「競賽」中。2012年,當GJ1214b與其恆星發生凌星時,來自美國的哈勃太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)觀測了它,但卻毫無收穫。2013年,當凌星現象再次出現的時候,日本科學家使用斯巴魯望遠鏡(Subaru Telescope)研究了這顆行星。他們發現,在這顆行星的濃密大氣中有水蒸氣,而且水還是大氣層的主要成分。這個結果說明,GJ1214b並不是一顆大氫氣球,恰恰相反,它有較大的岩石核心,整個星球由約75%的水和25%的岩石構成,由此比例可以得知,它基本上就是一顆大水球,其結構跟地球相差無幾。

但非常可惜的是,GJ1214b並不是一個宜居行星。之前我們提到,GJ1214b的恆星是一顆紅矮星,雖然這顆紅矮星的溫度並不高,但由於兩者之間的距離過近,僅為209萬千米(約為日地距離的1%,GJ1214b圍繞紅矮星運行一周只需要38小時),來自恆星的溫度使得GJ1214b異常灼熱。難以想像的高溫讓行星的海水沸騰,沸騰的水會蒸發到空氣中形成濃厚的蒸汽,而且蒸汽溫度高達230℃。開個玩笑,即使是洗桑拿浴也不需要這麼高的溫度,如果用來蒸饅頭恐怕還比較合適。

不過,這個熱氣騰騰的水世界並沒有讓大家望而卻步。GJ1214b的發現者大衛·沙博諾(David Sabono)認為:GJ1214b上酷熱的水蒸氣也許並不適合地球形態的生命存在,但我們極有可能發現其他形態的生命。當然,GJ1214b的意義不僅於此,它將成為第一個為人所確知大氣資訊的類地行星。?

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