NASA發現了一個有意思的新世界

發現太陽系之外的行星早就不是什麼新奇的事情了，但NASA還是吊足了媒體的胃口，在美國東部時間2月22日下午1點舉辦了一次發布會。

NASA宣布他們發現了一個全新的世界。

在距離我們40光年之外，有一顆昏暗、矮小的恆星，名為TRAPPIST-1。通過對星光長時間的觀測，我們就可以知道是否有圍繞著它旋轉的行星經過，遮擋住它的一小部分光芒。這種探測行星的方法叫凌日法：

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凌日法：當一顆行星從恆星前方經過時，該恆星的亮度會略為下降。（圖片來源：NASA/Hubble）

要知道，行星運行的軌道能夠通過凌日法觀測到的並不多，而且在恆星系統中包含了類似地球的岩石行星（類地行星）更是少之又少，更不用提這些類地行星正好位於合適的地點可以維持液態水的存在。但科學家驚喜地發現，這顆恆星包含了七顆繞著它旋轉的行星。不僅如此，其中有三顆適合生命的生存。

行星「e」、「f」和「g」位於TRAPPIST-1系統中的「宜居地帶」——綠色區域。（圖片來源：NASA）

一個適合生命繁衍的星球至少要滿足幾個條件（以地球為參考標準）：

在離恆星恰當的位置上，

有合適的質量，

有合適的大氣層，

表面需要有足夠量的液態水。

其實，恆星TRAPPIST-1本身就很容易被忽略，因為它很昏暗，是一顆溫度極低的矮星。它的質量只有太陽的8%，這大約是木星質量的84倍。但是，恆星越小，行星越容易被發現，因為恆星亮度下降的程度與行星和恆星的面積比成正比。

上面是木星系統，下面是TRAPPIST-1系統。雖然TRAPPIST-1的質量比木星大很多，但大小卻差不多。

此外，TRAPPIST-1輻射出的能量也只有太陽的0.05%，這就意味著如果行星上面存在液態水，那它們的軌道必定離母星很近。多近？如果把它們搬到太陽系來，它們都在離太陽最近的水星的軌道內。

TRAPPIST和太陽的大小和軌道的比較。七顆新發現的行星都在水星的軌道內。（圖片來源：ESO/O.Furtak）

從下面這張圖，我們可以清晰的看到TRAPPIST-1、太陽系和木星系統之間的結構比較。

上半部分白色的軌道為木星的伽利略衛星；紅色軌道為TRAPPIST-1的行星。下半部分為內太陽系的三顆行星軌道。（圖片來源：ESO/O.Furtak）

那我們是如何得知這些行星的大小的？其實很簡單， 當行星經過恆星前方時，通過它遮擋住了多少亮度就可以推測出行星的大小了。原理很簡單，但實際操作是很複雜的，因為導致恆星變昏暗的因素不只是行星經過，比如還有恆星黑子和恆星活動。在過去，也發生過起初我們以為是行星，最後發現其實是錯誤的信號。

一次不尋常的三星凌日現象，導致TRAPPIST-1的奇異亮度變化。（圖片來源：ESO/M. Gillon et al.）

為了確定亮度的變化的確是經過的行星造成的，天文學家需要長時間的觀測，確定亮度的變化模式是否是有規律的。觀測到的凌日現象越多，天文學家就越有信心確定我們發現了行星！

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NASA對七顆行星的觀測。（圖片來源：NASA）

一旦確定了發現的是行星，從亮度的變化就可以推算出這些行星的大小。令人驚奇的是，每一個行星都跟地球的大小類似。這個大小正好足以維持一個厚重大氣層，但又足夠小可以成為岩石行星。

七顆行星凌日的數據。（圖片來源：ESO/M. Gillon et al.）

不像太陽系中的世界，由於這些行星離母星很近，應該都被潮汐鎖定了。這意味著這些行星的一側永遠是白天，另一側則永遠處於無盡的黑夜之中。

在過去，我們已經發現的恆星質量大幾乎都比TRAPPIST-1大，而在那些恆星系統找到的行星要麼比地球小，要麼比地球大。這次我們居然在同一個系統發現了七顆行星，而且都跟地球的大小差不多，這是非常令人驚喜的。

TRAPPIST-1系統的七顆行星和太陽系內四顆行星的一些參數比較。（圖片來源：NASA）

這絕對是個破紀錄的系統，不僅是擁有最多類地行星的系統，而且適合宜居的行星也最多。

雖然發現七顆行星是件非凡的成就，但整個故事最有意思的部分還等待著被譜寫。隨著望遠鏡越來越龐大和精密，使得我們最終能夠分析這些星球的大氣層的光譜，尋找水和生命的蹤跡。

我們為什麼要不斷地在尋找系外行星？其實是在尋找一個答案。

在宇宙中，我們是孤獨的嗎？

對於這個問題，有樂觀派的，有悲觀派的，只能夠等待時間來告訴我們答案。而這次的發現至少幫助我們邁前了一小步。

現在我們知道，宇宙中或許有三種不同的環境可以孕育出生命。一種是類地行星，位於恆星的宜居地帶，靠著太陽光供給能量；一種是像歐羅巴（木衛二）那樣，靠潮汐力或地核放射性衰變產的能量，在冰殼下維持溫暖的海洋；而第三種則是我們剛發現的這些行星，被潮汐鎖定，生命或許能夠在白天和黑夜之間演化。或許還有更多種不同的情況......或許生命比我們想像的更普遍？

想像圖：如果我們站在TRAPPIST-1f星球上....（圖片來源：NASA/JPL-Caltech）

最後，試想一下，在最新發現的三個宜居行星中，同時都發展出了生命。經過了數億年的時間，他們按照各自的步伐演化出了智慧生命。終於有一天，其中一個星球上有個也叫伽利略的人發明瞭望遠鏡，當他把望遠鏡瞄準鄰近的恆星時，意外地發現其它兩顆星球上居然有人不停地朝他揮手.......

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谷歌今日塗鴉。（圖片來源：Google）

本文轉載自《原理》微信公眾號

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