比鄰星發現宜居類地行星，只有4光年遠！

天文學家在距離太陽最近的恆星——半人馬座比鄰星周圍發現了一顆行星。在這幅藝術家繪製的想像圖中，比鄰星這顆紅矮星出現在這顆行星的地平線上方，而在比鄰星這顆「太陽」的右上方還能看到另外兩顆亮星，它們是半人馬座α（南門二）雙星。這顆行星比地球略大一些，處在比鄰星的宜居帶內，溫度適宜讓液態水存在於行星的表面。圖片來源：ESO/M. Kornmesser

天文學家利用歐洲南方天文台（ESO）的望遠鏡，以及其他天文觀測設施，已經找到了確鑿的證據，表明有一顆行星正圍繞著距離太陽最近的恆星——半人馬座比鄰星（Proxima Centauri）運轉。這顆人們搜尋了很久的行星，編號為比鄰星b，每11天就繞著它那顆寒冷的紅色母星公轉一圈，溫度也適合液態水存在於它的表面。這顆岩石星球只比地球略重一點，是離我們最近的系外行星——或許也是距離我們最近的太陽系外生命可能的居所。描述這一里程碑式發現的論文，2016年8月25日將發表在《自然》雜誌上。

比鄰星是一顆紅矮星，距離太陽系只有4光年多一點，是除太陽以外離地球最近的恆星。這顆溫度較低的恆星位於半人馬座，太過黯淡而無法用肉眼看見，附近還有另外兩顆比它明亮得多的恆星——半人馬座α（南門二）A和B。

上面那張照片展現了歐南台拉西亞天文台3.6米望遠鏡的圓頂，以及圓頂上方的南天星空，具體星座及南門二和比鄰星的位置參見圖注。下方兩張插圖則是哈勃空間望遠鏡拍攝的南門二雙星（左下）和比鄰星。比鄰星是距離太陽系最近的恆星，天文學家發現那裡有一顆行星。圖片來源：Y. Beletsky (LCO)/ESO/ESA/NASA/M. Zamani

2016年上半年，歐南台設在智利拉西亞天文台的3.6米望遠鏡，利用HARPS攝譜儀對半人馬座比鄰星進行了定期觀測，同時還通過世界各地的其他望遠鏡對它進行監測。這一觀測項目被稱為「黯淡紅點」（Pale Red Dot），在英國倫敦瑪麗王后大學的吉列姆·安格拉達－埃斯契德（Guillem Anglada-Escudé）的帶領下，一個天文學家團隊試圖尋找這顆恆星細微的前後搖擺——如果有行星繞著這顆恆星旋轉的話，行星的引力就可能導致恆星出現這樣的運動。

由於這一課題在公眾間引發了極為廣泛的興趣，從2016年1月中旬到4月，整個觀測項目所取得的進展都通過「黯淡紅點」網站及社交媒體對外公開。《自然》雜誌上即將發表的那篇報道，也配發了世界各地其他專家撰寫的幾篇延伸閱讀文章。

吉列姆·安格拉達－埃斯契德解釋了這項獨特研究的背景：「可能存在一顆行星的最初線索出現在2013年，但當時的探測結果並不是很有說服力。從那時起，我們就一直在努力推進，在歐洲南方天文台及其他天文台的幫助下，通過地面望遠鏡取得進一步的觀測。最近進行的『黯淡紅點』項目就是規划了大約2年的結果。」

這張圖片展示了一些天體的大小比例，包括南門二雙星和比鄰星，以及其他一些大小已經被甚大望遠鏡干涉儀（VLTI）精確測量的恆星。太陽和木星也被繪製在圖中，作為對比。可以看出，比鄰星是一顆非常小的恆星，直徑甚至只比木星大一點點。圖片來源：ESO

「黯淡紅點」項目獲得的觀測數據，結合歐南台及其他天文台此前對比鄰星的觀測，揭示出了明確的信號，指向了一個真正令人激動的結果。有時，比鄰星以每小時大約5千米的速度靠近地球，大概相當於人類正常的步行速度，有時它又以同樣的速度遠離地球。徑向速度上的這種有規律的變化模式，每過11.2天就會重複出現一次。根據多普勒效應，這樣的徑向運動會導致比鄰星的光譜發生微妙的偏移。通過對這些偏移的細緻分析，科學家推斷那裡存在一顆質量至少為地球1.3倍的行星，在大約700萬千米的距離上繞著比鄰星運轉——這個距離只有太陽到地球距離的5%。

吉列姆·安格拉達－埃斯契德對過去幾個月來他的興奮之情作了如下評論，「在『黯淡紅點』項目持續進行的那60個夜晚，我每一天都在檢驗這個信號是否保持一致。頭10天的數據看起來很有希望，頭20天的數據與預期相符，到了第30天，結果已經相當明確了，所以從那天開始我們就在撰寫論文了！」

藝術家畫筆下的比鄰星b，這顆行星繞著距離太陽系最近的恆星——比鄰星運行。半人馬座里明亮的南門二雙星也出現在畫面中的行星和比鄰星之間。比鄰星b質量比地球略大，在宜居帶內繞著比鄰星旋轉，可以有液態水存在於行星表面。圖片來源：ESO/M. Kornmesser

比鄰星這樣的紅矮星是一類活躍的恆星，它們能夠通過多種方式發生變化，「模擬」出一顆行星存在的信號。為了排除這種可能性，在「黯淡紅點」項目持續進行期間，天文學家團隊還利用智利聖佩德羅德阿塔卡馬天文台的ASH2望遠鏡和拉斯昆布瑞天文台全球望遠鏡網路，對比鄰星的亮度變化進行了極為仔細的監測。比鄰星發生耀閃時採集的徑向速度數據，在最終分析時被排除掉了。

儘管比鄰星b環繞恆星公轉的軌道，要比太陽系裡水星環繞太陽的軌道更近得多，但比鄰星本身也比我們的太陽要黯淡得多。結果就是，比鄰星b非常舒適地處在比鄰星的宜居帶內，估算出來的表面溫度允許水以液態形式存在。儘管軌道適宜，但比鄰星b這顆行星的表面環境，或許還會受到來自那顆恆星的紫外線及X射線耀閃的劇烈影響——要比地球所受來自太陽的高能輻射強烈得多。

這張信息圖示將比鄰星b的行星軌道與太陽系裡的同一區域作了對比。比鄰星比太陽更小，溫度也更低，這顆行星環繞比鄰星的軌道也遠比水星環繞太陽的軌道要近得多。新發現的這顆行星位於比鄰星的宜居帶內，液態水能夠在這顆行星表面存在。點擊圖片可以放大。圖片來源：ESO/M. Kornmesser/G. Coleman

兩篇獨立的文章探討了比鄰星b的宜居性及氣候。他們發現，目前還無法排除這顆行星上存在液態水的情況，如果真有液態水存在，那麼水也可能只存在於這顆行星上陽光最充足的區域，不是這顆行星永遠朝著比鄰星的那一面（同步自轉），就是赤道帶附近（3:2共振自轉）。比鄰星b的自轉、來自比鄰星的強烈輻射，以及這顆行星的形成歷史，使得那裡的氣候與地球全然不同，不太可能擁有季節變化。

儘管比鄰星實際上要比太陽小很多，但由於距離很近，在新發現的行星上看來，比鄰星的大小是地球上看到太陽大小的3倍。圖片來源：ESO/G. Coleman

發現這顆行星只是一個開始，未來天文學家將對它展開更全新的觀測，不論是使用現有設備，還是使用下一代的巨型望遠鏡，比如歐洲特大望遠鏡（European Extremely Large Telescope，E-ELT）。比鄰星b將成為在宇宙中其他地方搜尋生命存在證據的首要目標。事實上，半人馬座α南門二系統也將是人類首次嘗試星際旅行，也就是所謂的「突破攝星」計劃的目的地。

吉列姆·安格拉達－埃斯契德總結說，「儘管已經找到了許多系外行星，而且未來還會找到更多，但搜尋最近的類地行星並取得成功，對我們所有人來說都是終生難得的一次體驗。許多人的故事和努力都匯聚於這一發現。這個結果對於他們所有人來說也是一份大禮。接下來的任務是，在比鄰星b上尋找生命……」

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