“超級(jí)地球”，人類的下一個(gè)家園？

來(lái)源：人民日?qǐng)?bào)

原標(biāo)題：“超級(jí)地球”，人類的下一個(gè)家園？（瞰前沿）

藝術(shù)想象圖，右下角為利用TTV反演技術(shù)發(fā)現(xiàn)的行星Kepler—725c。

地球在太陽(yáng)系宜居帶中的位置示意圖。以上圖片均為中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)提供

在浩瀚的宇宙中，人類是孤獨(dú)的嗎？是否存在像地球一樣的生命家園？從古至今，人們一直在追尋這些問(wèn)題的答案。最近，一顆“超級(jí)地球”的發(fā)現(xiàn)，似乎讓我們離這些答案更近一步——由中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)牽頭的國(guó)際聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了新的“超級(jí)地球”Kepler—725c，為探尋宇宙中可能存在生命的行星找到了新的“解題路徑”。

——編 者

新“超級(jí)地球”長(zhǎng)什么樣

長(zhǎng)久以來(lái)，人類對(duì)行星的探索僅限于太陽(yáng)系內(nèi)。過(guò)去30年間，天文學(xué)家對(duì)行星的研究發(fā)生了根本變化。1995年，瑞士天文學(xué)家在飛馬座的恒星51 Peg周?chē)l(fā)現(xiàn)了一顆跟太陽(yáng)系的木星相似的行星，邁出了人類發(fā)現(xiàn)類太陽(yáng)恒星周?chē)低庑行堑牡谝徊健＝刂?025年6月10日，人類已發(fā)現(xiàn)分布在4483個(gè)系外行星系統(tǒng)中的5979顆系外行星。

發(fā)現(xiàn)系外行星并不意味著找到了“答案”，科學(xué)家還需要進(jìn)一步探尋像地球一樣適合生命存在的行星。在一個(gè)行星系統(tǒng)內(nèi)，可存在液態(tài)水的范圍被稱作宜居帶，而液態(tài)水是誕生地球碳基生命的關(guān)鍵。因此，在尋找系外行星時(shí)，研究人員會(huì)格外關(guān)注一些“解題條件”，如宿主恒星（即通過(guò)引力束縛行星并使行星圍繞其公轉(zhuǎn)的恒星）的光譜型、行星的類型、行星是否位于宜居帶等，這些條件將共同指向行星孕育生命的可能。

我國(guó)科學(xué)家新發(fā)現(xiàn)的“超級(jí)地球”Kepler—725c，圍繞一顆名為Kepler—725的G9V型宿主恒星運(yùn)行，這顆“超級(jí)地球”位于宿主恒星的宜居帶內(nèi)，距離宿主恒星約0.674個(gè)天文單位（約1億公里）。

“超級(jí)地球”，是指質(zhì)量大于地球、但遠(yuǎn)低于太陽(yáng)系冰巨星（天王星和海王星，質(zhì)量分別為地球的14.5倍和17.1倍）的系外行星。Kepler—725c的質(zhì)量是地球的10倍，因此屬于“超級(jí)地球”范疇。據(jù)理論推測(cè)，它有機(jī)會(huì)形成較厚的大氣層，也可能產(chǎn)生強(qiáng)于地球的磁場(chǎng)。不過(guò)，這些都需要進(jìn)一步觀測(cè)驗(yàn)證。宿主恒星Kepler—725的光譜型與太陽(yáng)相似，但比太陽(yáng)年輕，年齡僅為16億年，表面的磁場(chǎng)活動(dòng)比太陽(yáng)更為劇烈，探測(cè)這顆活躍的類太陽(yáng)恒星周?chē)司訋У摹俺?jí)地球”，殊為不易。

發(fā)現(xiàn)“隱藏的行星”殊為不易

本次“超級(jí)地球”的發(fā)現(xiàn)與研究，最重要的意義在于建立了一個(gè)發(fā)現(xiàn)類太陽(yáng)恒星宜居帶內(nèi)低質(zhì)量系外行星的新途徑，驗(yàn)證了凌星中間時(shí)刻變化（TTV）反演技術(shù)的有效性。這是國(guó)際上首次應(yīng)用TTV反演技術(shù)在類太陽(yáng)恒星周?chē)囊司訋е谐晒Πl(fā)現(xiàn)此類行星。

起初，這顆“超級(jí)地球”并未被開(kāi)普勒（Kepler）太空望遠(yuǎn)鏡直接捕捉到。對(duì)天文學(xué)家而言，探測(cè)低質(zhì)量系外行星的實(shí)際難度很大。由于行星自身并不發(fā)光，主要反射宿主恒星的光芒，因此，系外行星相對(duì)于其宿主恒星十分暗淡，極易被恒星的光芒所淹沒(méi)；當(dāng)行星距離宿主恒星過(guò)近，或系外行星系統(tǒng)本身距離我們太遙遠(yuǎn)，科學(xué)家即使運(yùn)用天文望遠(yuǎn)鏡也難以區(qū)分行星與其宿主恒星的光。

通常，天文學(xué)家主要依賴兩種方法探測(cè)低質(zhì)量系外行星。一種是視向速度法，通過(guò)檢測(cè)宿主恒星在視線方向內(nèi)是否被行星拖拽得輕微擺動(dòng)來(lái)發(fā)現(xiàn)行星；另一種是凌星法，通過(guò)測(cè)量行星遮擋宿主恒星發(fā)出的光來(lái)發(fā)現(xiàn)行星。但是，對(duì)于像地球這樣體積小、軌道遠(yuǎn)離宿主恒星的行星，由于觀測(cè)精度不夠，兩種方法都很難奏效。

此次發(fā)現(xiàn)Kepler—725c，是通過(guò)分析Kepler—725行星系統(tǒng)中另一顆凌星行星穿過(guò)宿主恒星表面的時(shí)刻相對(duì)其公轉(zhuǎn)軌道周期的微小偏離，進(jìn)而成功地推斷出它的存在。對(duì)于擁有多顆行星的系外行星系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，行星之間的引力相互作用會(huì)對(duì)行星的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響。當(dāng)已知的凌星行星經(jīng)過(guò)恒星表面的時(shí)刻出現(xiàn)了微妙變化，就像精準(zhǔn)的鐘表突然快了或慢了幾秒，就意味著其他行星可能影響了這顆行星的軌道運(yùn)動(dòng)。通俗地說(shuō)，TTV反演技術(shù)類似于通過(guò)觀察同一時(shí)刻的時(shí)鐘是否一致，來(lái)判斷是否有只“看不見(jiàn)的手”在悄悄撥動(dòng)時(shí)鐘指針，這只“看不見(jiàn)的手”便是要尋找的“隱藏行星”。

探尋真正適宜生命存續(xù)的行星

這顆“超級(jí)地球”的發(fā)現(xiàn)，引發(fā)了廣泛的關(guān)注與討論。Kepler—725c距離我們有2472光年，即使能夠以光速旅行，我們從地球出發(fā)，抵達(dá)Kepler—725c也需要近2500年。盡管如此，這顆行星上可能隱藏的秘密，將有助于回答人類的終極問(wèn)題之一：我們是否孤獨(dú)？

目前，我國(guó)科學(xué)家正在籌備“地球2.0”探測(cè)衛(wèi)星項(xiàng)目，目標(biāo)就是尋找類似于太陽(yáng)的恒星宜居帶內(nèi)、與地球大小相似的“另一個(gè)地球”。通過(guò)“地球2.0”項(xiàng)目，科學(xué)家們將搜尋真正適宜生命存續(xù)的行星。未來(lái)，科幻電影中的“太空移民”等場(chǎng)景或許將成為現(xiàn)實(shí)。

這次“超級(jí)地球”的發(fā)現(xiàn)與后續(xù)研究，也將為我國(guó)未來(lái)的空間天文任務(wù)，如中國(guó)載人航天工程巡天空間望遠(yuǎn)鏡（CSST）、“地球2.0”（ET）項(xiàng)目等提供新的觀測(cè)目標(biāo)和技術(shù)支持。中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)的相關(guān)研究團(tuán)組還計(jì)劃將TTV反演技術(shù)應(yīng)用于更多的系外行星系統(tǒng)，從而尋找更多“隱藏”在類太陽(yáng)恒星和紅矮星宜居帶中的系外行星。在國(guó)際合作方面，也將與全球科學(xué)家共同推動(dòng)對(duì)系外類地生命的探索。

仰觀宇宙之大，我們更加意識(shí)到地球家園的可貴。遙遠(yuǎn)的星光穿越浩瀚的宇宙空間抵達(dá)地球時(shí)，或許也在提醒我們：不僅要熱愛(ài)腳下的星球，也要有奔赴星辰大海的勇氣。

（作者單位：中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)）