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天文學家探索宇宙「鄰居」之旅有重大突破,一次過在鄰近星系找到七顆「類地行星」(Terrestrial Planet),其溫度與地球接近,適合孕育出海洋、大氣層,甚至外星生命。這是人類首次在單個星系中,觀察到如此多「類地行星」(Terrestrial Planet),也是自人類尋找外星生命迹象以來可能性最高一次!

「美國太空總署」(National Aeronautics and Space Administration, NASA) 在 2017  2 月 22 日宣佈,在距離地球 40 光年〔約 235 萬億英哩,在天文學的角度來說,這個距離可說是近在咫尺〕的「水瓶座」(Aquarius) 內,發現七顆與地球大小相若的「系外行星」(Exoplanet),圍繞着一顆鮭紅色的超冷「矮恒星」(Dwarf Stars)「Trappist-1」運行,其中三顆位處「宜居帶」(Circumstellar Habitable Zone, CHZ)。

雖然「Trappist-1」的行星大小和地球差不多,但這顆矮恒星卻與我們的太陽大不相同。「Trappist-1」大小與「木星」(Jupiter) 相若,是天文學家所說的那種「超冷小矮星」,質量就只有太陽的 12%,表面溫度為4150℉〔約 2288℃〕,比太陽表面溫度10000℉〔約 5538℃〕低得多。

七顆行星被定名為 b 至 h 星,而「Trappist-1」與七行星距離非常接近,足以容納在水星與太陽之間的距離空間內。若站在其中一顆行星上,可觀賞到其他行星的起落,大小或比平常所見的月亮大兩倍;如果站在 f 星上看,其母星「Trappist-1」會顯得比我們看太陽巨大三倍。天文學家形容這迷你而擠擁的「七星拱照」組合,會令人聯想起木星和它的衞星。

TRAPPIST-1b

科學家根據七顆行星的質量,推測它們與地球一樣被岩石覆蓋,也可能有冰層,自轉一周需時地球的 1.5 日至 12 日,但公轉一周〔一年〕卻只需 1 至 20 日,最有趣的是眾行星都像月球一樣,一邊永遠是白晝,另一邊則是永恆黑夜,但這不阻礙生物存活。估計各行星形成時曾天各一方,後來互相靠近,才組成現在的軌道。

雖然各行星所接收的光線,只及由太陽照向地球的 1/200,但由於星體間距離近,因此仍足夠保持溫暖,大氣層溫度估計可達 0℃ 至 100℃。巧妙的是,這光度及行星間距都正好適合科學家進行觀察,有助探索行星的大氣層上是否有任何生物活動的化學特徵。定於明年啟用的「詹姆斯韋伯太空望遠鏡」(James Webb Telescope) 能觀察光的紅外波長,是研究「Trappist-1」的理想之選。

最令人驚歎的是,e、f 和 g 星都在宜居地帶上運行,即溫度不會令水份蒸發和結冰,可能會有液態水,尤以f星最適合當「大地之母」——溫度僅比地球冷一點,但仍足夠產生大氣層和溫室氣體,意味着有可能孕育出生命。

Space Telescope

「比利時列日大學」(University of Liege) 天文學家、「Trappist-1」國際觀察團隊的負責人 Michael Gillon 及團隊正分析星系中的大氣層化學物,『已知有至少一種分子組合,若相對豐富的話,99% 會擁有生命;如果那裡出現了生命,並釋放出類似我們在地球上的氣體,那麼我們就會知道,即使現時星系中沒有生命,未來仍有可能在演化中誕生。』他們已在《自然雜誌》(Nature) 公布了這一發現。

研究團隊自 2010 年起已追蹤「Trappist-1」,去年曾公佈率先發現三顆行星,其後在計算行星運轉時遮蔽矮恒星光線的過程中,發現星系中或有其他成員,於是使用「史匹哲太空望遠鏡」(Spitzer Space Telescope, SST) 作長期觀察,終於找出其餘四顆「隱藏」的行星。

該研究團隊的另一名成員,「英國劍橋大學」(University of Cambridge) 科學家 Amaury  H.M.J. Triaud 表示:『我們向在外太空尋找生命的路邁出了關鍵的一步。』NASA 的科學任務副主管 Thomas Zurbuchen 信心勃勃地表示,『新發現證明找到「第二個地球」已不再是假設,而是時間問題。』

「麻省理工學院」的天文學家 Sara Seager 表示,『Trappist-1 的行星發現使得在銀河系搜尋到生命的機率大大提升,這還是第一次我們不必去猜測,只需要等待,然後進行非常仔細的觀察,看看在 Trappist 行星的大氣中藏有什麼!』

TRAPPIST-1

 

系外行星 (Exoplanet)

任何位於太陽系外的行星均被介定為系外行星。自 1995 年科學家發現首顆系外行星以來,至今人類已知 3449 顆系外行星,並相信單在我們身處的銀河系就有多達一萬億顆系外行星。

根據 NASA 的資料,在今次新發現前的已知系外行星中,1264 顆為冰巨行星、1043 顆為氣態巨行星、781 顆為質量遠超地球的「超級地球」,僅 348 顆屬質量近似地球的類地行星,而當中位於宜居帶、有可能存在液態水的系外行星,更是屈指可數。

在目前人類認知中,水是不可或缺的生命要素,因此認為存在生命或宜居的星球,溫度須介乎水的沸點和冰點之間,而且必須存在大氣層,以提供氧氣和隔絕輻射。不過,目前科學界仍未能解開地球孕育生命之謎,無法排除人類所認為的絕境能存在外星生物的可能。

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今次發現七顆行星所用方法

1.徑向速度 (radial velocity)

恒星與一個或多個行星的引力互相拉扯,會令恒星發出的光譜產生變化,若變化是有規律及周期性,似是恒星在微微搖晃,就很有可能是由行星所致,用此法偵測到的系外行星佔比有 17.6%。

2.凌日法 (transit timing)

行星移動至恒星與觀測者之間,恒星亮度會以超輕微但足以被量度的程度稍稍下跌,NASA 的「開普勒望遠鏡」(Kepler Space Telescope) ,由 2009 年至 2013 年用這方法找到數以千計系外行星,佔比達 79%。

3.直接影像 (direct imaging)

行星光芒跟恒星相比是九牛一毛,要拍攝位處恒星之前的行星影像,好比要拍下燈泡上微塵一樣困難,但只要移除恒星的耀眼光芒就能得出行星的直接影像,用此法偵測到的系外行星佔比有 1.2%。

4.重力微透鏡 (gravitational microlensing)

目標恒星的引力場就像放大鏡,會把來自另一顆極遙遠恒星的光芒放大。若目標恒星擁有行星,後者引力場就會令光芒焦聚到地球從而被偵測得到。由於得靠系外行星與地球移動到特定位置,透鏡效應往往稍縱即逝,能以此偵測到的系外行星實在寥寥可數!

法新社/路透社

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