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地球也有「遠親」?年均溫與地球類似,上面還可能存在液態水
2023/08/01

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無論是從暢想宇宙的種種科幻作品,還是現實的科學家和天文學家為了探索宇宙而付出的努力,人類自擁有智慧起就從未停止對宇宙的渴望,也不曾停止「居安思危」的擔憂: 如果有一天地球資源枯竭了,或者太陽爆炸了,人類該何去何從?

因此,天文學家們一直在宇宙中尋找在環境上適合人類移居過去的星球,也就是「宜居星球」(或「類地行星」)。從2007年發現的Gliese 581d,到2010年9月宣布發現的Gliese 581g與HD 85512b……關于類地行星發現的報道屢見不鮮。

不過,如果要說起其中最宜居的一個,那就莫非「超級地球」開普勒22b(Kepler-22 b,KOI-087.01)莫屬了。它長啥樣?又憑什麼可以被稱為「超級地球」

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?它和其他類地行星相比到底有啥好處?人類在未來真的會有可能移居到這個「超級家園」中嗎?

暗淡的開普勒22b如何被人類發現

在遠離城市的地方抬頭一看,我們可以看到星羅棋布的繁星——它們就是距離地球千里之外的一顆顆行星與恒星,如果用上天文望遠鏡,我們還能看到一些距離較近的行星的外觀細節,例如土星的「大光環」。

不過,「千里眼」也有窮盡的時候,在更遙遠的星系,我們的望遠鏡只能捕捉到之中最亮、最大的恒星的光芒,而圍繞它旋轉的行星就像螞蟻甚至是塵埃,幾乎無法直接觀測到, 開普勒22b距離地球十分遙遠,肉眼看上去只是一個暗淡的小點,自然也是其中一員。

那麼,我們應該怎麼尋找、觀測更加遙遠的行星呢?這可難不倒天文學家們,只要稍微借「當地」

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的恒星一用,就能見分曉。

這個簡單又實用的辦法就是觀察 「凌星」現象,也叫做 「行星凌星法」(Transit method)。這個方法很好理解,我們日常生活中常常見到或是聽說的「日食」、「金星凌日」等就是最基礎的「凌星」現象的表現。

當月球剛好運行到太陽和地球連線之間時,以地球的視角看過去,太陽有一部分會被月球遮擋為黑色,太陽光也在這時暗淡下來;而金星剛好運行到太陽和地球的連線之間時,由于比較遙遠, 我們只能看到一個小黑球從太陽上跑過去,對太陽光的影響則不是很大。

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以此類推,當太陽系外的各個星系中有行星從其圍繞的恒星與地球之間的連線經過時,觀測到的恒星的亮度就會有微量的減少。 這樣微弱的變化用肉眼自然無法觀察,不過即使是百分之0.001的差距也逃不離精密的科學儀器的測量以及天文學家的眼睛。

經過計算,天文學家們不僅可以推測出遙遠的星系是否存在行星,甚至還能估計出它們的體積、質量等細節,如果再深入探測、觀察,還能知道這些行星上大概有著怎樣的環境,大概由哪些物質構成。 時至今日,「行星凌星法」都是人類尋找系外行星的最主要方法之一。

2009年3月6日,美國國家航空航天局 (NASA)發射了當時最為先進的太空望遠鏡——開普勒(Kepler Mission),專門用來尋找類地行星。

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直到2018年開普勒望遠鏡燃料耗盡,光榮退役,它為人類發現了許多新的系外行星,皆以「開普勒」(Kepler)為首編號命名。

開普勒22b自然也是其中之一。2009年5月12日,開普勒望遠鏡首次觀測到其凌星現象,2011年12月,N ASA就證明了開普勒22b確實存在。這對于人類來說有著里程碑式的意義, 因此「超級地球」就此拉開了它的帷幕。

「超級地球」憑啥宜居

讓我們正式介紹一下開普勒22b——在距離地球600多光年外的地方,有一個主要星排列得像天鵝展開雙翼一般的星座,名為天鵝座。天鵝座中有一顆恒星和太陽十分相似(類日恒星),名為開普勒22。在恒星開普勒22的宜居帶中有一顆類地行星,正是開普勒22b。

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開普勒22b是已知的第一個在類太陽恒星的宜居帶軌道上運行的行星,距離地球約657光年。這種種跡象無疑帶給了人類文明希望——我們或許真的可以在未來移居到這顆陌生又熟悉的行星上。

首先,開普勒22b位于恒星開普勒22的宜居帶中,這也就意味著,開普勒22b接收到的輻射量和熱量都比較適中,也比較穩定,人類赤身裸體地站在其表面至少不會因過量的輻射死亡或者直接被烤干。

科學家估算,開普勒22b的平均氣溫在22℃左右,最低氣溫僅在零下11℃左右,拿我們身邊的事物舉個例子,也就是說開普勒22b還沒夏天的武漢熱,也沒冬天的東北冷——僅僅從溫度看,開普勒22b簡直太適宜人類居住了!不過,別指望你能在開普勒22b上看到什麼鳥語花香的景象,因為從本質上說,這顆行星大機率不存在類地生命。

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此外,開普勒22b公轉一周大概要200多天,相比起地球的365天來說短了很多,如果人類有朝一日真的在開普勒22b居住,那麼他們可以感受到和地球完全不同的時間流逝速度。

這樣短的公轉周期也意味著開普勒22b距離它的恒星比地球距離太陽更近,約為地日距離的0.85倍,不過幸運的是恒星開普勒22的質量只有太陽的0.97倍左右,發射出的光輻射比太陽少25%左右,種種巧合疊加在一起才使開普勒22b剛好在宜居帶上,有著比較適宜人類居住的溫度和輻射量。

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跟地球比起來,開普勒22b的直徑大約是地球的2.4倍,體積也約在兩倍左右,質量和密度雖還未有準確的數字估計,但按理來說也應該比地球更大——這就是為什麼把開普勒22b叫做「超級地球」的原因。另外,根據以上數字計算,開普勒22b的重力應該在地球的2.4倍左右。

也就是說,想減肥的人如果到了開普勒22b就有福了!如果一個100斤的人站在開普勒22b上,他承受的重量將達到240斤,每走一步都在「負重前行」,可不汗流浹背,體重猛掉嗎?

目前,科學家們還無法得知開普勒22b的表面由什麼成分組成,不過,它極有可能擁有富含揮發物質的液態或氣態外殼,也就是說, 如果開普勒22b的表面沒有極端的溫室效應出現的話,它很有可能擁有大氣層和液態水,甚至擁有碳氧循環。

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這就和地球的生存環境很相似了——大氣層阻擋宇宙輻射以及小型隕石、彗星的撞擊,調節穩定整個星球的氣候, 液態水則更重要,作為「生命之源」支撐著人類的基本生存。可以說,開普勒22b的條件極大地滿足了中華民族「種地」的技能!

甚至,雖然由于體積過大而難以存在生命,但如果有液態水的話,我們也不能排除開普勒22b上存在外星生命的可能。不過,這個外星生命未必擁有智慧,甚至可能只是一些有機物而已。

我們有機會親身站在開普勒22b上嗎?

開普勒22b的種種條件固然令人心動,不過遺憾的是,就人類目前的技術水平來說,我們還無法直接到達開普勒22b對其一探究竟。 開普勒22b距離地球約657光年——連光都要走657年,對于飛行器還沒突破光速的人類來說更是天方夜譚了。

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不過,理論上來說,人類到達開普勒22b并不是完全的無稽之談。

墨西哥物理學家米格爾·阿爾庫比耶里恩在1994年時就提出了一種超光速的飛行概念, 名為阿爾庫比耶里恩引擎(Alcubierre引擎),它的關鍵在于創造出時空扭曲的區域,將航天器像一個泡泡一樣包裹其中,從而到達超光速飛行的效果。

但是, 如何扭曲飛行器周圍的時空顯然成了問題,人類也尚未發現可以推動飛行器進行超光速飛行的能量或物質。不過,阿爾庫比耶里恩引擎顯然是一個不錯的概念和思路,在它得以提出的后幾十年里,科學家們都未曾放棄對它的探索。

除了對飛行器以及飛行器周圍的時空進行操作以外,宇宙中本身存在的一些「bug」也是科學家們關注的要點。 「蟲洞」

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穿越理論就一直是一個十分活躍的研究課題。

基于愛因斯坦的廣義相對論,科學家們認為宇宙中存在將時空彎曲到極限的蟲洞,一個蟲洞將連接兩個時空點。如果飛行器從一個蟲洞的入口進去,那麼就會快速地從遙遠的另一個出口出來,實現短時間內的 「星際穿越」

就像一張紙對角的兩個點,雖然平面上看距離非常遙遠,但只要把紙張看成是立體的物體,將兩個點對折,那麼就可以實現兩個點間瞬間的移動。

不過,遺憾的是,這個理論還未經證實,蟲洞的建立需要巨大的能量和物質維持,宇宙中究竟是否存在穩定且可以用于星際旅行的蟲洞還是一個未知數。

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既然現有的飛行器和時空理論都還不適用,那麼有沒有可能就用現在的飛行器硬把人帶過去呢?雖然以目前載人飛行器的速度,人類到達開普勒22b需要上萬年。不過, 如果人類突破冷凍休眠技術,把人類的胚胎和人類成體冷凍休眠后準備好夠量的燃料,再配置人工智能以應對突發情況,人類或許真能無懼時間,進行長途星際旅行。

就像異型前傳《普羅米修斯》中演繹的那樣,人類躺在休眠倉中度過漫長時間,而飛船上的仿生人「大衛」就像一個管家,承擔起飛船的日常運作任務。

不過,如果人類真的執行這樣的計劃,等現在派出的人員到達開普勒22b,地球上的人類可能早已進化成別的模樣了。 或許老式飛船才走了一半的路途,地球上的人類就突破了技術壁壘,可以快速抵達開普勒22b;又或許等飛船上的人類在開普勒22b成功降落,醒來后只聽聞地球早已毀滅的消息。

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拋開所有科幻想象, 如果人類真要選一個其他行星繁衍生息,還不如選擇建立火星基地呢!雖然火星各方各面都比不上「超級地球」,但好歹也是咱們老家太陽系里的星球,單從距離上看就 「秒殺」了開普勒22b不知多少倍了!

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