2017-2-24 02:00
宅~有何不可
NASA的大新聞：40光年外有7顆類地行星，說明啥？
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至少7顆行星繞著距離地球大約40光年的一顆紅矮星旋轉，它們的大小都類似於地球。這幅藝術想像畫描繪瞭在其中一顆行星上空看到的整個行星系統。
原標題：NASA又搞大新聞：40光年外有7顆類地行星，說明啥？
[b]作者：Phil Plait [/b]
[b]艾麥樂/編譯[/b]
[b]Steed/編輯[/b][b]
[/b]
發現瞭什麼？
NASA又搞瞭個大新聞：天文學傢發現瞭7顆行星，繞著離我們不遠的一顆恆星旋轉！
還不隻是如此，所有這些行星的個頭都跟地球差不多，其中幾顆到它們的“太陽”距離剛好，可能擁有適宜的表面溫度。
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這顆恆星被稱為2MASS J23062928-0502285，這個名字來自於2MASS巡天項目，後面那串數字標明瞭它在天空中的坐標。不過現在，所有人都稱它為[b]TRAPPIST-1[/b]，因為這些行星是用TRAPPIST望遠鏡發現的。[b]TRAPPIST-1是這臺望遠鏡發現的第一顆擁有行星的恆星。[/b]
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就是這臺口徑隻有60cm的TRAPPIST望遠鏡，發現瞭TRAPPIST-1周圍的行星。這臺望遠鏡的全稱是TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope，即“凌星行星及微行星小望遠鏡”。圖片來源：E. Jehin/ESO
怎麼發現的？
7顆行星中，有3顆行星是在2016年就被宣佈發現的。天文學傢用來找到它們的方法是[b]凌星法[/b]，這是目前最成功的一種搜尋太陽系外行星的方法。理論上很簡單：如果一顆行星繞著一顆恆星旋轉，而我們又剛好處在它公轉軌道的側面，那麼每一次這顆行星運行到那顆恆星和我們之間的時候，[b]它都會遮擋掉一點點星光[/b]。如果仔細測量我們看到的這顆恆星的星光，就會發現[b]它變暗瞭一點[/b]。這一現象稱為凌星。
實際上，可就沒這麼容易瞭！恆星太大，行星太小，所以凌星時行星遮掉的星光最多也隻有1%。這意味著，[b]必須要對星光進行非常細緻地測量才行[/b]。此外，還有太多的東西可以來冒充行星，比如恆星上的黑子、背景恆星的亮度變化、恆星本身的爆發活動等等。
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當行星從恆星前方經過，也就是發生凌星時，它會遮擋一部分星光，使得我們看到的恆星出現亮度下降的現象。正是通過這種現象，天文學傢在TRAPPIST-1周圍發現瞭7顆大小類似於地球的行星。圖片來源：NASA
TRAPPIST-1是一顆個頭很小、溫度較低的恆星——這類恆星被稱為M8型紅矮星。它的質量隻有太陽的8%，半徑是太陽的10%（隻比木星大瞭一點點），亮度微弱到隻有太陽的1/2000。對於搜尋行星的天文學傢來說，這些信息可謂好壞參半。這顆恆星相對黯淡，所以很難測量它星光之中的細微變化。所幸，它離我們不遠，隻有不到40光年，所以盡管本身很暗，我們仍然可以把它看個清楚。
而在好的方面，個頭較小意味著同樣大小的行星可以遮擋更多這顆恆星的星光。舉例來說，如果一顆地球大小的行星去凌一顆太陽大小的恆星，隻能遮擋掉大約0.1%的星光。然而，同一顆行星去凌隻有木星大小的TRAPPIST-1，就能遮擋掉大約1%的星光。這使得凌星時的星光變暗現象更容易檢測出來。
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TRAPPIST-1是一顆紅矮星，質量隻是太陽的8%，大小為1/10，亮度隻有太陽的1/2000。圖片來源：ESO
接下來，事情就變得很有意思瞭。[b]如果你知道恆星的大小，又測出瞭凌星時有多少星光被行星遮擋，你就能夠算出那顆行星有多大[/b]——因為星光變暗的幅度取決於恆星和行星的相對面積。如果行星半徑是恆星的1/10，它就會遮擋1/100的星光。如果半徑是1/2，則會遮擋1/4的星光。以此類推。
2016年率先發現的那3顆行星，根據凌星時遮擋的星光來判斷，它們的大小與地球類似。不過天文學傢發現，它們凌星的時刻一直在發生細微變化，這讓人非常興奮：這意味著，[b]這個行星系統中可能擁有更多行星，後者的引力拉扯著那3顆已知的行星，輕微地改變著它們的軌道周期[/b]。
抓住這條線索，天文學傢順藤摸瓜，找到瞭另外4顆行星，[b]一共多達7顆！[/b]這些行星按照被發現的先後次序，被命名為TRAPPIST-1b，c，d，e，f，g和h。巧合的是，這剛好也是它們由近及遠到恆星距離的次序。它們的個頭都跟地球相似，有些比地球略小，有些則略大。
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藝術傢筆下的TRAPPIST-1行星系統。盡管有些行星被描繪得好像地球一樣，但對於這些行星，我們確切知道的隻有它們的大小和軌道周期。至於是否有水存在，是否適宜生命，目前我們還一無所知。圖片來源：NASA/R. Hurt/T. Pyle
那裏什麼樣？
天文學傢還從凌星中得出瞭更多信息。行星凌星現象持續的時間長短，與它環繞恆星的公轉速度有關，因而也就跟它到恆星的距離有關。（行星離恆星越遠，公轉速度就越慢，凌星持續的時間也就越長。）
根據觀測數據，[b]所有7顆行星繞這顆恆星的公轉軌道，都比水星繞太陽的軌道要近得多得多[/b]。最內側的那顆行星，1b，軌道周期隻有1.5個地球日！也就是說，它每36個小時就繞那顆恆星公轉一圈。就算是最外側的那顆行星，1h，周期也隻有14－25天，用不瞭一個月就能繞恆星轉完一圈。
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TRAPPIST-1周圍7顆行星的軌道，與太陽系裏木星的4顆伽利略衛星以及內太陽系行星軌道的對比。所有7顆行星繞這顆恆星的公轉軌道，都比水星繞太陽的軌道要近得多得多。圖片來源：ESO/O. Furtak
看到這裏，你大概會認為，這些行星該被烤焦瞭。不過別忘瞭，TRAPPIST-1是一顆小恆星，表面溫度隻有2300℃。盡管那些行星紮堆圍聚在它身邊，但正因為這顆恆星“陽光”微弱，那些行星接受到的熱量實際上還不錯。這些行星表面上的實際溫度，目前還不可能得知，但使用計算機模型，再對這些行星的成分、大小、大氣等數據加以猜測，我們能夠估算它們的表面溫度。不同的模型會得出不同的結果，但[b]至少其中3顆行星似乎處在到恆星合適的距離上，表面溫度或許可以讓水以液態形式存在[/b]。
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7顆行星中至少有3顆，位於這顆恆星的宜居帶內，表面溫度或許有可能適宜液態水存在。圖片來源：NASA/R. Hurt/T. Pyle
所以我們能搬傢瞭？
說到這裏，我必須要非常謹慎才行：這些行星的質量，[b]我們隻是估算的，並不直接測量出來的[/b]。這些行星彼此之間通過引力相互拉扯，因此每顆行星凌星的確切時刻都在發生變化。它們的質量就是根據這些變化推測出來的。所以，我們並不是非常確切地知道它們的真實質量，更不清楚它們是否擁有大氣，到底由什麼物質構成。[b]我們確切瞭解的，隻有它們的大小和軌道周期。其他所有信息，都是據此推測出來的。[/b]
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TRAPPIST-1周圍7顆行星的大小，與太陽系裏木星的4顆伽利略衛星以及內太陽系行星大小的對比。盡管這顆恆星比木星大不瞭多少，但它的7顆行星都跟地球大小相似。圖片來源：ESO/O. Furtak
所以，[b]如果在媒體上看到報導，說我們發現瞭類似地球的行星，你就要小心瞭。[/b]我們實際上並不確定，這些行星中有哪一顆溫度與地球相似，甚至不知道那裏有沒有空氣存在。[b]對於它們能在多大程度上適宜生命生存，我們可以說是一無所知。[/b]
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TRAPPIST-1的7顆行星與太陽系裏的4顆類地行星，圖中數字標明瞭這些行星的軌道周期、到恆星的距離、行星半徑及行星質量。圖片來源：NASA
盡管跟外星生命沒什麼關係，但這一發現仍然令人興奮！這個行星系統離我們[b]隻有40光年[/b]，這本身就是一個大新聞。這意味著，借助口徑更大、威力也更大的望遠鏡，後續觀測能夠揭示更多的信息。舉例來說，預計明年發射升空的韋佈空間望遠鏡（James Webb Space Telescope），將[b]有能力觀測這個系統中的單顆行星，判斷它們是否擁有大氣，甚至檢測大氣中的特定化學成分[/b]，比如臭氧。做到這一點，我們就能瞭解到更多的信息——以臭氧為例，它能證明這顆行星的大氣中存在氧氣。
現在說這些還為時過早。不過，倒也沒有必要對此感到失望。反過來想想，這已經足夠令人驚嘆瞭。[b]在我小的時候，我們隻知道太陽系裏的九大行星。（現在則是8顆行星，也可以說是近百顆，看你怎麼算瞭。）[/b]直到20世紀90年代初，我們才找到第一顆繞著其他恆星旋轉的行星，又過瞭幾年，第一顆繞著類似太陽的恆星旋轉的行星才被發現。而現在，[b]得益於技術的不斷進步，我們已經找到瞭好幾千顆太陽系外行星。[/b]
已經被發現的這些行星，足以得出現代科學史上最驚人的結論之一：[b]銀河系裏行星的數量要比恆星更多！[/b]不是每顆恆星都擁有一顆行星，而是許多恆星都擁有多顆行星，比如我們的太陽，比如TRAPPIST-1，因此[b]銀河系本身或許就擁有成千上萬億顆行星。[/b]
——成千上萬億！
這其中又有多少會像我們這顆蔚藍色的地球一樣？我們已經找到瞭少數可能符合這一標準的行星，而我們的搜尋工作其實才剛剛開始。我們的技術越來越先進，方法也越來越純熟，幾乎每一天，我們都在發現更多的行星。
TRAPPIST-1隻是這場行星搜尋中一個令人驚嘆的裡程碑。它告訴我們，[b]所有類型的恆星都可以擁有行星系統，還可能擁有多顆類似地球的行星[/b]。別忘瞭，這顆恆星就在我們附近，而且是銀河系裏最常見的一類恆星。對這類恆星進行更多搜尋，我們就可能找到更多這樣的行星系統。
天空中遍佈著行星。NASA的這個大新聞，就是我們充滿好奇，抬頭仰望，提出問題，然後盡自己的努力去回答那些問題的時候，我們作出的發現。
得到的回報是，我們可以理解這個宇宙，讓我們的奇跡被宇宙放大。