|
|
这是开普勒-186f的设想图。开普勒-186f是首颗被证实在宜居带，围绕着遥远的恒星运行的行星，与地球大小相仿。所谓宜居带，指的是一颗恒星周围的一定距离范围，这里的行星表面的液态水可以汇聚起来。
绘制：NASA AMES/JPL-CALTECH/T. PYLE
撰文：NADIA DRAKE
对于外星猎手而言，这是一个好消息：银河系中，散布着3亿个与地球环境相似的星球。一项新分析得出结论，在银河系里，约半数类日恒星的宜居带存在岩质行星。在宜居带里，液态水可以在行星表面汇聚或流动。
“这是我们期待已久的科学结论，”此次研究的参与者、加州大学圣克鲁兹分校的天文学家Natalie Batalha说。
这一发现已被《天文学期刊》（Astronomical Journal）接受发表，确定了德雷克公式中的一个关键数字。1961年。我的父亲Frank Drake提出了这个公式，为计算银河系中可探测到的文明的数量设立了框架。现在，公式中最初的几个变量已经知道了，包括类日行星的生成速率、有行星的恒星比例、每个恒星系统中宜居星球的数量。
拥有类似地球世界的类日恒星的数量“可能是千分之一，也可能是百万分之一，没人知道确切答案”，地外文明搜寻（SETI）研究所的天文学家Seth Shostak说，他没有参与此次研究。
天文学家通过NASA开普勒行星探测器的数据，估计了这些行星的数量。9年里，开普勒探测器一直在凝望着这些恒星，观察行星绕轨道运行过程中遮挡恒星光芒时短暂的闪烁。2018年任务结束时，开普勒探测器已经发现了约2800个系外行星，其中很多与围绕太阳运行的行星完全不同。
但开普勒探测器的主要目标是确定地球这样的行星有多普遍。这个计算过程需要欧洲航天局盖亚探测器的帮助，盖亚探测器负责观测银河系的恒星。有了盖亚的观测结果，科学家最终得以确定，银河系里有数亿颗地球大小的行星在围绕类日恒星运行，而最近的那颗可能距离太阳系不到20光年。
缓慢接近
德雷克公式利用七个变量来估计银河系中可探测到的文明的数量，包括拥有行星系的类日恒星的比例，以及每个这样的星系中宜居行星的数量。德雷克公式以此为基础，计算在条件合适的世界里，进化出生命的概率，以及这些生命形式最终发展出可探测技术的概率。最初的公式假设，在类日恒星轨道运行的行星上，将会进化出技术先进的外星人。
“当天文学家说起寻找这些行星时，实际上每个人都在谈论德雷克公式，对吧？”宾夕法尼亚州立大学的天文学家Jason Wright说：“计算的时候，我们都会想到它。”Wright一直在研究可能的宜居星球，但没有参与此次研究。
科学家用了半个多世纪才开始确定有多少行星可能存在生命。1961年时，天文学家对围绕太阳以外的其他恒星运行的行星一无所知，虽然行星形成理论认为，系外行星应该很普遍，但那时我们没有观测到它们存在的迹象。在过去几十年里，我们清楚地看到，银河系里的行星十分普遍，数量超过了恒星。平均而言，几乎每颗恒星都拥有至少一个围绕它运转的行星世界。
这个认知“确实是一大进步”，Wright说：“这告诉我们，那里有很多可能存在生命的地方。”但Batalha说，德雷克公式的另一要素则更难计算，即每个行星系统里宜居星球的数量。
宜居世界
行星掠过恒星表面会短暂地遮住一小部分星光，导致光线变暗，开普勒探测器通过寻找这一现象来发现遥远的世界。根据星光被阻挡的程度和频率，科学家可以计算出行星的大小、围绕恒星运行的时间。借助这个方法，开普勒探测器发现了几千颗大小和轨道各不相同的系外行星。但科学家真正的目标是找到类似地球的行星：温度相似、岩质行星、围绕类日恒星运行。
早期估计表明，大约有20%的类日恒星拥有符合这些标准的行星。现在我们知道，这个数字至少接近50%。
“这比我想的更高。我总是对公众说，四分之一，五分之一，这个结果已经很惊喜了，”Batalha说：“平均而言，每个类日恒星可能都有一颗宜居行星。”
在计算这些行星出现的概率时，天文学家遇到了意想不到的挑战。开普勒探测器观测到的恒星比科学家预期的更为活跃，它们产生的信号可能干扰或混淆行星凌日时的特征。而且探测器本身也娇贵，需要定期修正，这让观测变得更加复杂，尤其是帮助探测器保持正确方向的关键部件出故障之后。
为了得出结论，Batalha和同事结合了开普勒和盖亚的数据；盖亚探测器正在追踪和描述附近的10亿颗恒星。他们发现，开普勒观测到的行星半径相当于地球的0.5至1.5倍，更有可能是岩质行星而非气态行星；根据盖亚的数据，他们获得了这些行星围绕的恒星的温度和大小。
研究团队判断了行星的宜居性，不仅根据它们与恒星的距离，还计算了每颗行星接收到了多少能量。根据这些，研究团队选出了温度足够让星球表面存在液态水的行星。
有了温度适宜、围绕类日恒星运行的岩质行星的样本大小后，研究团队就可以估算整个银河系有多少这样的行星。他们发现，银河系里37%至60%的类日恒星都应该有一个温度适宜、地球大小的行星；他们放宽条件，计算需要多少能量让行星的温度适宜，发现多达58%至88%的类日恒星都拥有这样的行星。
当然，很多因素决定了位于宜居带的行星是否真的适合生命。行星的各项特征，比如磁场、大气、含水量和板块构造都起到了一定的作用，而在遥远的小世界里，这些很难观察到。
尽管如此，“这篇论文有助于我们弄清楚究竟有多少可能存在生命的星球”，Wright说：“他们计算出了最近的这样的行星距离我们有多远，最终我们如数家珍。”最近的那颗可能不到20光年，有4个应该在33光年以内。
从适宜居住到文明诞生
既然知道了银河系中有多少类似地球的世界，天文学家可以继续研究德雷克公式里的其他变量。这些因素里有很多很难确定，包括一些关键问题：外星人发展出我们可以探测到的技术的概率，以及可被探测到的文明存在的时间长度。
还有一个问题：鉴于很多地球大小的行星围绕着更小、更冷的恒星运转，科学家是否应该考虑非类日恒星。也许我们应该把行星之外的世界也纳入考虑范围，尽管开普勒探测器探测到的很多世界很大，而且有气体，“它们可能有《星球大战》里的恩多那样的森林卫星”，Wright说：“或者，《阿凡达》里的潘多拉星球。”
天文学家很快就会计算出公式中的另一个因素：进化出生命的宜居世界的比例。在探索太阳系的过程中，我们发现宜居世界的名单很长，而且多样。在火星或者木星的冰封卫星木卫二这样的星球上，可能孕育着微生物，甚至金星上空的有毒云层中也可能存在某种生命形式。
“如果太阳系中不止一处宜居世界，”Wright说：“那么很快我们就会得到确切数字。”
只要找到地外生命存在的一个例子，就可以证明生物不是宇宙的偶然现象，而是存在这样的可能，只要条件合适。考虑到宇宙中宜居世界的数量，很多天文学家都认为，基本可以认为一定存在生命。
德雷克公式最后的那些变量将告诉我们，地球是否是银河系里唯一的生命家园，然而想要算出这些变量却非易事，除非如我的父亲所说的那样，听到外星世界的低语。
（译者：Sky4） |
|
窥视卡
雷达卡
发表于 2023-11-5 07:54:38
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
抢沙发
显身卡
