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適居系外行星,原來我們這麼近?

「我們終於找到宇宙旅行的第一個驛站了?」

藝術家筆下的 Proxima b 正繞著遠方的比鄰星運行,更遠處兩顆較亮的星為半人馬座 α 星 A 與 B,這兩顆星與比鄰星組成三合星系統。Credit: ESO/M. Kornmesser

藝術家筆下的 Proxima b 正繞著遠方的比鄰星運行,更遠處兩顆較亮的星為半人馬座 α 星 A 與 B,這兩顆星與比鄰星組成三合星系統。圖/ESO/M. Kornmesser

半人馬座的比鄰星(Proxima Centauri),是距離太陽最近的恆星,僅有 4.2 光年遠。最新的觀測結果顯示,這顆恆星也具有一顆行星,而且它的表面溫度可能容許液態水存在。這項發現登於 2016 年 8 月 24 日的《自然》(Nature) 期刊上 [1]。

由倫敦瑪麗王后大學的 Guillem Anglada-Escudé 領軍主導的研究團隊,在今年年初使用歐洲南天天文台(The European Southern Observatory, ESO)轄下,位於智利拉西拉天文台的 3.6 米望遠鏡,連續針對比鄰星進行數個月的觀測。這台望遠鏡具有搜尋系外型星的利器──高精度徑向速度行星搜索器(HARPS),可以藉由偵測極微小的光譜都卜勒平移,算出恆星受到行星重力影響後,在觀測方向產生的來回擺動程度。這些新的觀測結果與前幾年針對相同天體所做的觀測交互分析後,發現比鄰星的徑向速度呈現了 11.2 天的週期性變化,而這種週期性變化,極有可能是一顆公轉週期同樣為 11.2 天的行星造成。

雖然在 2012 年,就有研究指出南門二的三合星系統(比鄰星是系統中的其中一顆)的另外一顆恆星具有一顆地球大小的系外行星 [2],不過可惜的是後來分析指出很可能是空歡喜一場 [3]。但這次的徑向速度觀測結果卻紮實得多,許多後續的研究,像是凌日法觀測等等,將會取得更多有關此行星的情報。

溫暖的行星鄰居

目前這顆很有可能存在的行星被稱為「比鄰星 b」(Proxima b)。如果它真的存在,將很有可能會是離太陽系最近的一顆系外行星。

藉由觀測結果,還可以得知許多有趣的資訊:這個行星的質量至少是地球的 1.3 倍,但不至於太大,以致它不太可能是一顆像木星一般的大氣體球。行星上的一年只有短短的 11.2 天,這也表示它與比鄰星的距離要比地球到太陽的距離近多了,只有 0.0485 天文單位而已。不過,由於比鄰星本身是顆紅矮星,散發出來的光能也比太陽少得多,就算靠得如此之近,比鄰星 b 也不會吸收太多熱能。計算顯示,比鄰星 b 的黑體平衡溫度大概落在攝氏 -40 度左右,如再加上大氣層與適當的溫室效應,行星的表面可望落在液態水能夠存在的溫壓範圍內。對於外星科幻作品的粉絲來說,這實在是個天大的好消息:離我們最近的恆星有個行星,而且那個行星非常適合生命的發展與繁衍!

連計畫主持人 Guillem Anglada-Escudé 都不禁說出:「我們要來動真格的尋找外星生命」[4] 了。

外星生命適合居住嗎?

不過,比鄰星 b 與地球的相似之處,恐怕也僅止於質量與表面溫度而已。如前所述,比鄰星 b 的母恆星是顆 M 型星,質量小、光度弱但壽命很長,行星上的生命誕生與繁衍機會的確比較高;比鄰星 b 離母恆星很近,雖然可以獲得足夠的能量讓水保持液態,但同時也會面對另一個麻煩的威脅,也就是從母恆星發射出的閃焰與其他種類的物質噴射。如果比鄰星 b 的自身磁場強度不足,抵抗不了這些高能的游離粒子,那麼這些物質對比鄰星 b 上居住的生物(如果有的話?)來說,就像是「大規模毀滅性武器」一樣,除了對生命體造成損傷外,對大氣層的影響也是個未知數 [5]。

另外,由於比鄰星 b 真的離恆星很近,它非常有可能受到恆星的強力潮汐作用影響,導致同步自轉的結果,就像是月球總以一面對著地球,這顆行星很有可能有一面永遠是炙熱的白晝,另一面卻是永不見天日的黑暗。你認為這樣子的星球上可能會有生命嗎?或許吧,或許他們可能躲在某處晨昏圈的底下(水下?)某處,躲避著比鄰星無情的閃焰摧殘呢。

想過去看看嗎?抱歉,雖然比鄰星真的離太陽很近,「才」4.2 光年,但就算是你搭上了有史以來離開太陽系速度最快的太空船航海家一號,也要 7 萬多年才到得了。在短期之內,這顆地球的鄰居或許還不是野外旅行的最佳去處。

藝術家筆下的 Proxima b 表面情景想像圖。雖然 Proxima b 位於適居帶內,但其表面有沒有水與大氣?環境適不適合生命演化?這些目前都還是尚未探索的謎題。Credit: ESO/M. Kornmesser

藝術家筆下的 Proxima b 表面情景想像圖。雖然 Proxima b 位於適居帶內,但其表面有沒有水與大氣?環境適不適合生命演化?這些目前都還是尚未探索的謎題。圖/ESO/M. Kornmesser

宇宙探險的新紀元

自從人類發現第一顆系外行星「飛馬座 51 b」以來,也才不過 21 年的歲月 [6]。如今,系外行星列表已經洋洋灑灑超過了 3000 顆,而且還在以驚人的速度增長。猶記去年發現的 Kepler-452b [7],它與比鄰星 b 同樣位於適居帶(在恆星周圍內,液態水能夠存在於行星表面的區域)內,而且在許多方面與地球非常相似,被許多人冠上一個特別的外號「地球 2.0」。可惜的是它實在有點遠,1400 光年的距離可不是像比鄰星 b 一樣開個幾萬年太空船就可以抵達的。

比鄰星 b 的出現,除了告訴我們「外星生命很有可能近在眼前」之外,更令人振奮的是它真的給了我們宇宙旅行的希望。「想去 4.2 光年遠的星球觀賞紅色的太陽?」或許這是幾百年後的旅行團標語也不一定。

搜尋系外生命與星際探險的宇宙夢,如今才正要開始。

參考文獻

參考資料與延伸閱讀

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關於作者

WhyJ

同時滿足冒險的血液與科學研究的熱情,這就是地球科學與太空探索的魅力所在。期待在世界的某個角落中碰到你,那怕是層巒疊嶂的山稜上、波光瀲灩的水岸旁。那時,我將與你分享從沙丘中看見的歷史,與從冰川發掘的寶藏。夜晚,我們將遙望皎潔的明月,甚至更遠的木星與冰衛星,甚至更遠更遠──某顆系外行星上的生命,或許正拿望遠鏡看著我們討論人類最終的歸宿。