下图的这个红点,是一颗距离我们约26光年之遥的红矮星。
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在2023年5月1日,詹姆斯・韦伯空间望远镜的研究团队正式对外宣布,他们于此处成功探测到了水蒸气的信号。更让研究人员兴奋不已的是,在这颗恒星附近,存在着一颗体积比地球还要大的岩质行星。
这一信号极有可能预示着韦伯望远镜成功探测到了岩质行星的大气层,甚至是水蒸气的存在,这无疑将成为系外行星研究历程中具有里程碑意义的重大突破。
此次韦布望远镜所观测的恒星系,主角是编号为GJ486的红矮星,它与我们的距离约为26光年。早在2021年,天文学家便在此处发现了一颗行星,并将其编号为GJ486b。这颗行星的半径约为地球的1.3倍,质量约为地球的2.8倍。
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基于这些数据,天文学家通过精密计算得出,它的密度大约为7克每立方厘米,这一密度与地球5.5克每立方厘米的密度较为接近。由此推断,它应当与地球一样,同属岩质行星,只不过其体积比地球稍大一些。
天文学家将这类行星命名为 “超级地球”,这也是我们最为关注的一类行星。倘若这类行星存在大气,且处于恒星的宜居带内,那么它们就极有可能存在液态水,进而为生命的孕育创造条件。不过一直以来,天文学家对于红矮星附近的岩质行星总是心存担忧。
红矮星体积较小,温度较低,这就意味着它的宜居带,也就是适宜液态水存在的区域,会非常靠近恒星。如此近距离的靠近,极有可能导致潮汐锁定现象的发生。简单来说就是行星的自转周期与公转周期趋于一致,其结果便是行星的一面将永远面向宿主恒星,承受烈日的无情烘烤,而另一面则陷入永恒的黑暗。不仅如此更糟糕的是红矮星强烈的辐射。
红矮星是一种较为活跃的恒星,尤其是在其年轻阶段。它会频繁爆发强烈的耀斑,进而释放出高能的紫外线以及X射线,对周围的行星进行猛烈轰击。在这样恶劣的环境下,行星能否维持现有大气,或者在未来重新构建大气,一直都是天文学家们忧心忡忡的问题。
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而此次韦伯望远镜的观测,却让天文学家们看到了一丝希望。此次观测GJ486b并不在宿主恒星的宜居带内,它与宿主恒星的距离十分接近,大约仅250万公里,公转一周仅仅需要1.4天。如此近的距离,使得其表面温度预估高达400多摄氏度。再加上前文提到的潮汐锁定以及高强度的辐射,从常理推断,它的表面很难维持大气的存在。然而韦伯望远镜的观测结果却并非如此。
当行星从恒星前方经过时,这一现象我们称之为 “凌日”。凌日现象不仅能够帮助我们搜寻系外行星,因为它会使恒星的亮度出现规律性的变化,同时它还能让天文学家探测行星是否存在大气以及大气的具体成分。这是因为当恒星的光线穿过行星的大气时,大气中所含的元素会吸收特定波长的光,从而在恒星光中留下如同指纹般独特的条纹。依据这些条纹,我们便能准确分辨出行星是否存在大气以及大气的成分,这一观测方法我们称之为 “透射光谱观测”。
此次韦布望远镜的观测采用的正是透射光谱观测法。在观测过程中,研究人员对三次凌日时产生的透射光谱进行了详细分析,最终在这些数据中成功发现了水蒸气的信号。这一发现对于目前的岩质行星研究而言,堪称不可思议。
此前,水蒸气信号虽在气态巨星中有所发现,但在岩质行星的研究领域,这还是首次。不过对于这次探测到的水蒸气信号,存在两种可能性:第一种可能是信号来自行星本身;第二种可能则是来自红矮星的星斑之中。倘若信号真的来自行星,那么此次的数据就表明韦伯望远镜成功探测到了岩质行星的大气,而且还是在红矮星附近,这无疑让天文学家在今后探测红矮星附近是否存在生命时增添了十足的信心。
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红矮星是目前我们在观测银河系时发现数量最多的一类恒星,至少在太阳系附近的情况是如此。在太阳系附近的60颗恒星中,红矮星的数量多达50颗。按照这一数据进行预估,红矮星的数量至少占银河系恒星总数的70%。由此可见,这类体积小巧、光芒暗淡且颜色偏红的恒星,才是我们所在星系中最为常见的类型。而像太阳这样的黄矮星,反倒并非银河系中的主流恒星。
虽然目前我们尚不能确定其他星系的情况是否也是如此,但从统计学的角度来看,应该不会相差太多。如此庞大的红矮星数量,也就预示着宇宙中系外行星的数量大概率集中在这类小恒星的周围。
倘若这些行星无法在这样的环境下维持大气,那么对于我们探索外星生命的征程而言,无疑是一个极为不利的消息。不过值得庆幸的是,此次韦布望远镜的观测结果似乎并非如此。
【文本来源@窥探宇宙的视频内容】