天文奇觀/10個問題 釋疑NASA的「另一個地球」

10個問題,釋疑NASA的「另一個地球」。

一條消息7月23日下午在微博上流傳:『NASA今晚12點將發布重大消息,暗示或發現另一個地球。』7月24日零點,NASA如期召開新聞發布會,宣佈發現克卜勒452b(參見科學人文章《NASA發現的『另一個地球』,並非第二家園!》)。那麼,關於這顆備受關注的太陽系外行星,我們都確切知道些什麼,又有哪些是我們還無法確定的呢?

1、在哪個星座?

根據果殼網報導,這顆行星由克卜勒空間望遠鏡發現。在為期4年的任務期間,克卜勒望遠鏡始終盯著天鵝座附近的一小塊天區持續觀測。新發現的這顆行星,就位於克卜勒的觀測視場之內,屬於天鵝座。


克卜勒空間望遠鏡,以及它連續觀測了4年的天區。

2、有多遠?

克卜勒452b繞著一顆類似於太陽的恆星旋轉,距離地球大約1400光年。如果按照新視野號探測器飛掠冥王星的速度,也就是14千公尺/秒的速度飛向這顆行星,大約需要3000萬年才能抵達那裡。不過,考慮到新視野號在遠離太陽的過程中,速度還會進一步減慢,因此實際需要的時間只會更長才對。當然,新視野號並沒有飛向克卜勒452b的方向,因此永遠不可能飛到那裡。

3、能看到嗎?

不要說這顆行星,就連它繞著旋轉的那顆恆星,我們在地球上都無法用肉眼看到,哪怕是在觀星環境最好的地方。克卜勒望遠鏡監測的絕大部分恆星,亮度都在14-16星等之間,跟地球上看到的冥王星亮度差不多。事實上,就算使用地球上威力最大的望遠鏡,天文學家也不可能直接看到這顆行星,更不用說看清楚它的模樣了。


行星凌星示意圖。

4、怎麼發現的?

克卜勒452b繞著一顆恆星旋轉,每轉一圈就會恰好從恆星前方經過一次,遮擋住那顆恆星射向地球的一部分星光。於是在地球上看起來,這顆恆星的亮度每隔一段時間就會短時間內突然變暗一些。這種現象被稱為淩星。如果週期性地出現恆星短時間變暗的現象,可能就意味著這顆恆星的周邊存在這樣一顆行星。這也是克卜勒望遠鏡尋找太陽系外行星的主要方法。

5、有多大?

行星越大,凌星時遮擋的星光就越多,反之亦然。因此,准確測量淩星時恆星亮度的變暗幅度,就能夠精確測定行星和恆星的相對大小。而恆星的大小,能夠透過精確的恆星模型加以推斷。於是,天文學家即便根本看不到這顆行星,也能夠透過凌星觀測,測出克卜勒452b的直徑要比地球大60%。這是天文學家唯一能夠確定的、有關這顆行星本身的參數。至於其他重要參數,比如它的質量有多少,由什麼物質構成,氣溫多少度,天文學家現在都還一概不知。

6、是岩石星球嗎?

在我們的太陽系裡,行星明顯分成兩類:一類跟我們地球一樣,主要由岩石構成;另一類則比地球大得多,主要由氣體構成。然而,對於直徑比地球大、又大不太多的克卜勒452b,天文學家就無法准確判斷了。根據發現者的合理『猜測』,克卜勒452b有很大的可能性是一顆岩石星球。然而,美國加州理工的天文學家萊斯利•A•羅杰斯(LeslieA.Rogers)今(2015)年在《天體物理學報》上發表過一項研究,對大量已知大小和質量的太陽系外行星進行了統計,證明絕大多數像克卜勒452b一樣大小的行星都不是岩石星球,[1]。因此,現在不能肯定它就是一顆岩石星球。


克卜勒452b距離它的『太陽』要比地球距離太陽稍遠一些,但仍位於宜居帶內。

7、有生命嗎?

確切地說,沒人知道那裡有沒有生命,哪怕是天文學家。根據凌星出現的時間間隔,天文學家確實能夠准確測定克卜勒452b的公轉週期——那裡的一年相當於地球上的385天。據此,天文學家能夠計算它到恆星的距離,恰好位於所謂的『宜居帶』內。換句話說,克卜勒452b和地球一樣,距離各自的太陽不遠不近,不至於天寒地凍水凝成冰,也不至於天燥地熱水蒸成氣。然而,一顆星球就算處在宜居帶內,也不能保證就一定有水能夠在表面流淌,月亮就是一個反面例證。更何況,就算真的有水,離出現生命也還差著十萬八千里呢!

8、最像地球嗎?

克卜勒452b不能說是最像地球的太陽系外行星。舉例來說,2014年宣佈發現的克卜勒186f,半徑是地球的1.17倍。而今年年初宣佈發現的克卜勒438b,半徑更是只有地球的1.12倍。這兩顆行星都處在各自恆星的宜居帶內,也都比克卜勒452b更接近於地球的大小。只不過,那兩顆行星所環繞的恆星,都要比太陽小得多,也暗得多。而克卜勒452b所環繞的恆星,卻非常類似於太陽,只比太陽重4%,大10%,亮20%,連表面溫度都一模一樣。因此,如果把恆星也考慮進來的話,克卜勒452b就當仁不讓,確實稱得上是『另一個地球』,只不過它本身還是不太像地球罷了。


這些是目前已知與地球類似的宜居行星,從左往右分別是:克卜勒22b、克卜勒69c、新發現的克卜勒452b、克卜勒62f、克卜勒186f,以及地球。

9、還有更多宜居行星嗎?

克卜勒452b既不是唯一的一顆宜居行星,甚至也不是最像地球的宜居行星。僅在克卜勒望遠鏡已經確認發現的1030顆太陽系外行星之中,就有12顆宜居帶內的行星直徑介於地球的1倍到2倍之間。事實上,克卜勒任務的主要目標並不是要尋找『另一個地球』,而是透過這種抽樣調查的方式,幫天文學家更好地瞭解地球這樣的宜居行星在整個銀河系當中到底有多麼普遍。


克卜勒空間望遠鏡已經發現了12顆半徑不超過地球2倍的宜居行星。圖中行星大小按相對比例繪制,恆星則在相應比例的基本上又縮小了25倍。

10、所以,又被NASA忽悠了?

期待了半天,等到的卻是這麼一顆行星,連是不是岩石星球都還沒有弄清楚。說好的『重大消息』呢?說好的『發現另一個地球』呢?其實,還真不是NASA在忽悠你。NASA新聞發布會的通告頁面上,從來就沒有出現過『重大消息』或者類似的字眼。那份通告上只是說,將要宣佈克卜勒空間望遠鏡作出的『一些新發現』。至於說『發現另一個地球』,NASA在通告裡確實提到了『anotherEarth』,但前面用的是『finding』,而不是『found』好嗎?

克卜勒452b的發現,朝著『發現另一個地球』的夢想又走近了一步。現在,我們可以拭目以待,看看真正的『另一個地球』會在什麼時候現身了。