发现一颗地球大小的系外行星Gliese 12b，这是一个寻找生命“不错的地方”

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新发现的地球大小的系外行星格利泽12b及其红矮星母恒星的插图。（图片来源：Robert Lea（与Canva共同创作））

据美国太空网（Robert Lea）：科学家利用美国国家航空航天局的太空望远镜发现了一个诱人的世界。它大约有地球那么大，离我们的太阳系非常近，而且可以像我们所知的那样舒适地生活。

这颗名为Gliese 12b的太阳系外行星或“系外行星”围绕着一颗小而冷的红矮星运行，该恒星位于距离地球约40光年的双鱼座。该团队通过美国国家航空航天局的凌日外行星探测卫星（TESS）发现了这颗系外行星，据估计其宽度约为地球的1.1倍，与我们的行星以及金星相似，金星通常被称为我们世界的太阳系“双胞胎”

格利泽12b围绕其恒星格利泽12运行，距离如此之近，以至于其一年只持续12.8个地球日。然而，由于红矮星格利泽12的大小只有太阳的四分之一左右，它也比我们的恒星凉爽得多。这意味着，尽管格利泽12b与红矮星母恒星的距离仅相当于太阳和地球之间距离的7%，但它仍处于行星系统的宜居带内。宜居带也被称为“金发姑娘带”，是指恒星周围既不太热也不太冷的区域，行星无法容纳液态水，而液态水是我们所知的生命的重要组成部分。不过，重要的是，发现格利泽12b的两个团队还不能确定它是否有大气层。因此，目前尚不清楚这个世界是否适合居住，但研究人员持谨慎乐观的态度。

“最有趣的是，这是一颗真正在附近的行星；事实上，它是距离地球最近的凌日行星之一，”伦敦大学学院科学家拉里萨·帕莱索普告诉Space.com，她与南昆士兰大学天体物理学家希希尔·多拉基亚共同领导了这项研究。“它要么在恒星的宜居带内，要么就在恒星的边缘——所以，它可能是宜居的。”

如果地球和金星有一个孩子

科学家在格利泽12b穿过或“凌日”其母红矮星表面时发现了它。这些凌日会引起TESS擅长发现的光线的微小下降。Palethorpe补充说，当团队进入这个项目时，他们不知道行星的轨道周期或大小。

她继续说道：“发现它的大小与地球如此相似，真是一个惊喜。”。“所以能够确定这一点真的很好，但我认为特别是知道，就宜居性而言，它可能位于地球和金星之间，真的很令人兴奋。”

Gliese 12b接收到金星从太阳获得的辐射的85%左右，但被认为其表面温度要低得多，为107华氏度（42摄氏度），而金星的表面温度为867华氏度（464摄氏度）。

尽管地球和金星都在太阳的宜居带内，但其中一个可以支持生命并拥有有利的大气层，而另一个则是一个荒凉的地狱景观，温度高到足以融化铅。研究格利泽12b可以帮助我们理解为什么会出现这种情况。

Palethorpe补充道：“Gliese 12b也可以教会我们很多关于我们自己的太阳系是如何发展的。”。



新发现的系外行星Gilese 12b的可能大小（图片来源：NASA/JPL Caltech/R.Hurt（Caltech IPAC））

该团队现在将调查格利泽是否有大气层，但早期迹象表明，如果有，大气层将相对稀薄。然而，也许令人惊讶的是，缺乏厚厚的大气层对地球的宜居性前景来说是个好消息。

Palethorpe的伦敦大学学院研究员Vincent Van Eylen告诉Space.com：“我们知道一些行星的氢大气层非常厚，覆盖了整个行星。这种非常厚的气层实际上对宜居性来说是个坏消息。通常，这些行星的大小是地球的两到三倍。Gliese 12b是地球的实际大小，所以它可能没有这么厚的大气层。”。

“它可能没有大气层，这对宜居性不利，也可能有这种稀薄的大气层，有点像地球的大气层。”

尽管如此，即使格利泽12b没有大气层，它仍然可能是推进我们在银河系其他地方寻找生命的重要测试对象。这是因为，作为一颗红矮星，它所围绕的恒星恰好是我们银河系中最常见的恒星形式——但对于红矮星行星系统，我们所知相对较少。

红矮星周围的生命

在银河系中，红矮星是最大的恒星家族，它们的核心仍在将氢融合为氦，这一过程定义了恒星的所谓“主序星”寿命。据估计，我们银河系中60%至70%的恒星是像格利泽12这样的红矮星，在距离地球最近的30颗恒星中，至少有20颗是红矮星。

Van Eylen补充道：“了解小恒星周围的行星，它们可能是什么样子，以及这些行星是否有生命，这很有趣。”。

红矮星的官方名称为K型或M型恒星，其质量约为太阳质量的7.5%至50%。相对于太阳，这种低质量意味着这些恒星的燃烧温度较低，仅达到6380华氏度（3500摄氏度），而我们恒星的温度为9900华氏度。例如，格利泽12的表面温度大约是太阳的60%。

这种较低的温度意味着，昏暗的红矮星可以作为主序星存在的时间比太阳等中等质量恒星长得多。尽管太阳的寿命预计约为100亿年，但红矮星的寿命预计是这一时期的几十倍，甚至数百倍。有时，这个数字可以延伸到数万亿年。这意味着，与在较大主序星周围的行星上相比，在围绕红矮星运行的行星上，生命将有更多的时间发展。

但是，对于围绕红矮星运行的系外行星的生命前景来说，这并不全是好消息。



一颗年轻的红矮星猛烈喷发，向围绕它运行的系外行星发出强烈的辐射。（图片来源：美国国家航空航天局、欧空局和D.Player）

尽管红矮星在其恒星成年期比太阳凉爽，但据信它们比我们的恒星狂野得多。这类恒星被认为具有高度的磁活动性，以X射线的形式爆发出频繁而强大的高能光耀斑。这些X射线可以猛烈地剥离红矮星附近行星的大气层。

此外，最近的研究表明，即使是多年保持平静的红矮星，也可能突然爆发出比太阳耀斑强大100到1000倍的超新星。这些喷发在这类恒星的年轻人中更为常见，即使在宜居带，也能剥离大气层和沸腾液态水。

不过，目前，参与发现格利泽12b的两个团队都认为，这颗红矮星在轨道上相对平静，这对这颗系外行星拥有大气层的机会来说可能是个好消息。

红矮星系外行星是TESS的好目标

红矮星比太阳等恒星更冷，因此它们的宜居带离恒星更近，这一事实实际上使TESS及其行星搜寻凌日方法更容易探测到它们周围的系外行星。

Palethorpe说：“我们对探测离宿主恒星较近的行星有偏见，主要是因为它们凌日更频繁。当我们发现因为它们是较小的恒星而围绕红矮星运行的行星时，凌日的亮度会更大。”。“因为红矮星略冷，宜居带比我们这种太阳更靠近恒星，这意味着我们更有可能用TESS探测到宜居带内的行星。”



一幅插图显示，美国国家航空航天局系外行星猎人TESS正在检查一颗红矮星（图片来源：Robert Lea（与Canva共同创建）/美国国家航空和宇宙航行局）

该团队将不得不求助于TESS以外的其他仪器来进一步调查这颗行星。他们还将改用一种不同的系外行星探测方法，以更好地定义Gliese 12b的特征。其中一种方法被称为“径向速度法”，它利用行星在引力作用下牵引恒星时导致恒星运动的微小摆动。

Palethorpe说：“我认为下一步真正要确定行星的质量。作为北半球（Harps North）高精度径向速度行星搜索器团队的一部分，我们已经在积极地进行这项工作，该团队是一台径向速度望远镜。”。“然后，我们还得到了欧洲南半球天文研究组织（ESPRESSO）的另一个提议，这是另一个径向速度望远镜。所以，希望通过径向速度观测，我们能做到这一点。”

Palethorpe和Van Eylen还希望有时间使用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）进一步研究该行星的大气层。这是可能的，因为当格利泽12b凌日其恒星表面时，穿过其大气层的光将携带大气层中元素的特征指纹。

这一过程被称为“透射光谱”，Gliese 12b只是少数几个距离足够近的温带类地世界之一。



Trappist-1行星系统的比较，这些行星围绕红矮星运行，与Gliese 12b有相似之处（图片来源：NASA/JPL Caltech）

JWST目前正在对TRAPPIST-1系统中的七颗类地行星进行类似的调查，这些行星距离我们大约40光年。这些行星与格利泽12b相似之处在于，它们中的许多行星不仅位于恒星的宜居带内，而且该恒星也是一颗小而冷的红矮星。

Van Eylen说：“我认为，通过JWST，我们将至少获得一些关于这颗行星大气层的线索，我认为，这将是最令人兴奋的事情，因为它已经被发现了。”。

当谈到格利泽12b宿主生命的可能性时，这两位科学家非常谨慎。毕竟，我们对这个世界的理解和能够探测系外行星大气层中生命迹象的方法都还处于早期阶段，即使是像格利泽12b这样相对较近的大气层。

Palethorpe总结道：“我认为Gliese 12b将教会我们很多关于生活的知识，但我们不能肯定地说什么。我认为这非常令人兴奋，我们绝对应该期待更多关于Gliese 12 b的研究。”。“这不是一个开始寻找生命的好地方。”

这两个团队的研究于周四（5月23日）发表在《皇家天文学会月报》和《天体物理杂志快报》上。