細看比鄰星b：或許不是第二個地球

出品：川陀太空

作者：紫金山天文台puresky

川陀太空訊今年八月，由歐洲南方天文台（ESO）在智利的拉西亞天文台以及來自「淡紅小點」組織的天文學家，獲得了一個不可思議的發現，一個地球質量大小的系外行星，比鄰星b，其距離地球僅4.2光年。

通過測量半人馬座比鄰星的輕微擺動，研究人員能夠知悉這顆系外行星的質量和軌道周期，進而推算出其正運行在比鄰星的「宜居帶」內——與主星的距離不遠不近，恰好使得行星既不太熱也不太冷，從而能夠保持液態水在行星表面。在地球上，哪裡有液態水，哪裡就有生命——如果比鄰星b上有液態水，那麼上面也許就會有生命。或許有一天我們可以成為星際種族，去那建設家園。

目前我們對比鄰星b了解得非常少，僅知道它的質量大致為地球的1.3倍，軌道周期略長於11天（對，在比鄰星b上，「一年」只有11天）。但是，我們不知道它上面是否有大氣。此外，我們不知道它的物理尺寸，這樣就無法計算出其平均密度，從而無法推斷它包含哪些物質。

假設這個岩石世界的大小是它質量所容許的最小物理尺寸（地球直徑的94%），根據行星形成模型，它將含有一個佔了其65%質量的金屬核心。外層由岩石地幔和很少的水（如果有的話）組成。這種情形下，比鄰星b將是一個到處是岩石，貧瘠乾燥的世界，就像一顆大型的水星——水星並不宜居。

另一種情形，把行星的物理尺寸放到最大，以比鄰星b的質量可以支撐起一個比地球大40％的世界。此時，比鄰星b的密度會小很多，意味著上面有較少的岩石和金屬。整個星球50%的質量都是水，這將是一個最可能意義上的「水世界」。

介於這兩種情況——一個是緻密荒蕪的岩石，一個是臃腫水世界——之間的某種情形，則是非常搶手的「地球2.0」：一個由金屬核心，岩石地幔和表層海洋所構成的世界。這便是可以經常看到的，藝術家描繪出的比鄰星b的樣子，一個看起來像地球，氣候溫和的外星世界：但這個版本的比鄰星b僅僅是許許多多可能性中的一個。更大概率上，比鄰星b可能並不很像地球。

但別急，還沒完吶。

宜居帶不宜居？

行星的軌道落在宜居帶內，並不意味著它具備了像地球一樣產生生命的條件（火星和金星的繞日軌道就是在我們太陽系的宜居帶內的）。比鄰星是紅矮星，質量小，因此溫度低於太陽類恆星。從而比鄰星的宜居帶比較緊湊，大致落在水星軌道之內，也即比鄰星b的軌道非常接近其主星。而如果有一顆行星離我們的太陽如此之近的話，那它就會被烤成薯片。

當軌道離紅矮星如此之近時，行星便開始屈從於潮汐的影響，其一面會永遠朝著主星，即行星的自轉周期與軌道周期相同。在這個星球上，一半永遠是光明，一半永遠是黑夜——這是一種稱為「潮汐鎖定」的現象。

假想一顆系外行星，它具有教科書般的「類地」世界，有合適的物質成分，結構上具有一個鐵核心，岩石地幔，以及足夠的水覆在其表面。但它被主星潮汐鎖定了，面朝主星的半球不斷被加熱而乾燥荒蕪，背離主星的半球不斷冷凍而冰冷黑暗。假設這個星球還有大氣層，那它到處都在刮颶風。

這聽起來一點都不美好。

眼珠地球?

有一些行星模型可以拯救這些不幸的「第二地球」，其中之一便是「眼珠地球」模型。行星仍然被他們的主星潮汐鎖定，一半被加熱，另一半被冷凍，但會有一個位於晝夜相接的區域，那裡的條件正好適合液態水的海洋在黑暗與光明之間循環於世界中，看起來正像一粒眼珠：

行星上可能又剛好具有一種有效的「空調」機制，使得半球的熱氣能夠分布開來以調節全球的溫度。只是，紅矮星是小，但不意味著它們溫順。紅矮星經常爆發出強大的耀斑，其電離輻射再加上強大的恆星風，很可能會把我們假想的新興地球2.0上的大氣全部吹走。

如果沒有大氣，在該星球上可宜居的地方就只剩地表之下了，像木星的衛星歐羅巴那樣的由冰殼保護的次表層海洋里。

而如果這些行星能像地球那樣，有一個強大的磁層，那或許可以把恆星風暴轉向，而大氣圈也得以繼續保持。誰知道呢？

一切才剛剛開始

雖然搜尋「地球2.0」會面臨很多挑戰，我們對環繞其他恆星的外星世界的探索才剛剛開始。是的，能找到一個環繞鄰近恆星的小世界已是令人難以置信的幸運了。但由於紅矮星是我們銀河系中為數最多的一類恆星，仍有可能有小部分系外行星具有恰好能維持宜居大氣層的要素。但粗略說來，比鄰星b會是這些鑽石之一嗎？

就目前我們手頭的工具而言，還無法確知。也許隨著2018年美國航空航天局（NASA）的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）的上天，我們也許能夠梳理出行星大氣的光譜指紋，但其實這很可能超出了該望遠鏡的能力。

屆時，我們可能仍需要發送一個星際探測器，去看看比鄰星b是否正如大家所期待的，是一個宜居的系外行星。按比鄰星b上的年來計算，我已經1200多歲了……

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