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據(jù)頭條號“中國科普博覽”23日報道，在北京時間23日凌晨召開的新聞發(fā)布會上，NASA又宣布了一個令人吃驚又興奮的新發(fā)現(xiàn)：科學家們通過斯皮策紅外太空望遠鏡，在距離地球39光年的地方，首次發(fā)現(xiàn)了7個地球大小的行星圍繞一顆恒星運行的行星系統(tǒng)，更重要的是，其中3顆行星位于母恒星TRAPPIST-1的宜居帶內(nèi)。（圖1）

圖1：TRAPPIST-1系統(tǒng)圖。

這一發(fā)現(xiàn)刷新了太陽系外圍繞一顆恒星運行的宜居行星數(shù)量。在此前發(fā)現(xiàn)的30多個宜居系統(tǒng)中，每個系統(tǒng)中都只有一顆宜居行星。這一次，在一個系統(tǒng)當中找到三顆宜居行星，賺到了！麻省理工學院教授Sarah Seager在發(fā)布會上說：“從無到有（指此次在一個恒星周圍存在多個類地系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)）通常困難重重，但從1到更多會相對更容易?！贝舜味鄠€類地行星系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)，或許會為地外生命的探尋開辟一個新的方向

在2015年發(fā)現(xiàn)“地球大表哥”開普勒452B和2016年發(fā)現(xiàn)“地球?qū)\生哥哥”比鄰星b之后（圖2），“地球兄弟團隊”也在不斷擴充之中。

圖2：地球分別和開普勒452B（左）、比鄰星b（右）大小比較圖。

7顆“戀母”行星：距離恒星較近，科學家20天看遍

這是人類首次發(fā)現(xiàn)如此多的類地行星在一個恒星周圍繞轉(zhuǎn)，甚至比圍繞太陽轉(zhuǎn)動的類地行星還要多（太陽系中只有4個巖質(zhì)的類地行星，分別是水星，金星，地球和火星）。自從人類在90年代初探測到第一個地外行星以來，截至2017年2月15日，天文學家們已經(jīng)在2687顆恒星周圍發(fā)現(xiàn)了5000多顆地外行星。盡管和地球尺寸大小差不多的行星有可能占到了20%左右，但是根據(jù)地球相似指數(shù)判斷，只有2個（Kepler 438b和KOI-4878.01）和地球相似，所以類地行星是及其稀少的。

確認行星本身的存在和數(shù)量比較容易，而確定行星的構(gòu)成則相對比較困難，需要我們對行星的質(zhì)量和半徑進行測量之后，才有可能做出估計。對于目前探測到的絕大多數(shù)地外行星而言，因為質(zhì)量和半徑不易測量，我們很難最終確定行星的構(gòu)成。

在這次新發(fā)現(xiàn)的七星系統(tǒng)中，7顆行星距離恒星TRAPPIST-1都非常近，行星運行的軌道平面又非常適于觀測，天文學家們才有機會確定這些行星的性質(zhì)。

這7兄弟距離它們的母星究竟有多近呢？如果以太陽系做類比的話，這7個地球大小的行星都被壓縮在水星的軌道之內(nèi)。最近的一顆行星TRAPPIST-1b，差不多只有地球到太陽距離的1/100（參見圖3），水星到太陽距離的1/30；最遠的行星TRAPPIST-1h，也只有水星到太陽距離的1/6。正是因為距離甚近，七顆行星的公轉(zhuǎn)周期很短——最短的1.5天，最長的也只有20天，于是，天文學家們在利用美國斯皮策紅外望遠鏡對這一系統(tǒng)進行了持續(xù)20天的觀測之后，就幾乎很好地了解了所有這些行星的基本性質(zhì)。當然，因為老七最遠，觀測時長和它的轉(zhuǎn)動周期差不多，所以我們在這20天里對它的了解是最少的。

圖3：此系統(tǒng)各個行星參數(shù)和太陽系巖質(zhì)行星參數(shù)比較。

TRAPPIST-1（中譯名為“特拉比斯特-1”）——這個中心恒星的名字聽起來十分古怪，其實，它源自一個叫做“TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope–South”（TRAPPIST；行星和星子凌星的小望遠鏡系統(tǒng)）的望遠鏡項目。該項目利用位于智利拉息拉天文臺（La Silla observatory）一個口徑60厘米的小型望遠鏡，在紅外波段對太陽系附近的超冷褐矮星光變曲線進行監(jiān)測（之所以利用紅外波段是因為母星溫度比較低，主要輻射在紅外波段），試圖探測到其周圍的行星。

我們?nèi)绾螌ふ医?0光年之外地球的兄弟呢？行星探測方式有許多種，常用的有視向速度法、凌日法、微引力透鏡法，還有直接成像法等，全都介紹一遍得用上幾節(jié)課的時間。對于TRAPPIST項目來說，顧名思義，它所使用是凌星法——當行星從恒星前方經(jīng)過時，由于行星的遮擋效應(yīng)，會使恒星星光在一定程度上變暗（其實變化極其微小，最大只有百分之一），我們從而可以推斷行星的存在。

此次新聞發(fā)布會的主角TRAPPIST-1是該項目所發(fā)現(xiàn)的第一個超冷矮星系統(tǒng)（注：超冷矮星，指質(zhì)量通常只有幾十個木星質(zhì)量的恒星）。2016年5月的時候，歐洲和美國的科學家們曾聯(lián)合利用此望遠鏡和更大口徑的甚大望遠鏡（Very LargeTelescopes）對此系統(tǒng)進行觀測，發(fā)現(xiàn)了三顆行星。而這一次，他們更進一步，利用口徑0.85米的斯皮策太空紅外望遠鏡，不僅對原已發(fā)現(xiàn)的行星做出了進一步確認，而且又發(fā)現(xiàn)了另外四顆類似行星（圖4）。

圖4：斯皮策望遠鏡（左）所觀測到的7個行星的光變曲線示意圖（右），凹陷的地方是因為行星的遮擋效應(yīng)。

3顆宜居星球：雖有生命希望，然而危機重重

更重要的是，在新發(fā)現(xiàn)的4顆行星中，竟然有3顆行星位于我們一直在努力探索的宜居帶中，也就是人們常說的“金發(fā)姑娘區(qū)”（Goldilocks Zone）。按照我們目前對于生命的理解，液態(tài)水是生命存在的最基本要求。所以一顆恒星既不能距離恒星太近，也不能距離恒星太遠——太近，行星表面就會太熱；太遠，行星表面又太冷——都無法產(chǎn)生液態(tài)水存在的條件。當然，對于不同大小和溫度的恒星而言，宜居帶的位置和寬度會又差別。

在我們的太陽系中，金星、地球和火星位于宜居帶中。和業(yè)已50億歲的太陽相比，TRAPPIST-1系統(tǒng)中心的恒星TRAPPIST年齡只有5億年，尺寸要比太陽小很多，直徑只有太陽的1/10，僅比木星稍微大一點點（圖5）。與此同時，它的溫度也很低，表面溫度大約為2550開爾文，所對應(yīng)的亮度只有太陽的1/2000。由此我們不難想見，它的宜居帶也比太陽系里的宜居帶更加靠近中心恒星。

在這七兄弟當中，1e、1f 和1g三顆行星被認為是最有可能存在液態(tài)水的（圖6）。盡管中心恒星的亮度相比太陽而言十分微弱，但因為它們距離恒星很近，所以接收到的中心輻射也不算弱——1e接收到的光和地球所接收的太陽光差不多，1f上的光和火星上的相似。

圖5：TRAPPIST系統(tǒng)和木星衛(wèi)星大小比較圖。

圖6：綠色區(qū)域代表宜居帶。

圖7：1f上的想象圖。

地球究竟是不是宇宙中孤獨的生命載體？這是天文學家們一直以來在努力解答的問題，也是人類尋找宜居星球的初衷。盡管單從距離的角度判斷，這幾個行星都比較適合于生命的發(fā)展，但是生命是否真正存在，還取決于很多其他因素。

至少對于1e、1f和1g三顆宜居行星而言，生命存在并不樂觀。這主要因為它們距離中心恒星比較近，很有可能已經(jīng)被潮汐鎖定——就像月球總是把自己的正面對著地球一樣——這些行星有可能總是以固定某一面對著中心恒星，這對于生命的發(fā)展是很不友好的。

但宇宙又往往給我們以驚喜，生命也時常存在于我們意想不到的環(huán)境之中。生命的活動通常會在行星的大氣中留下一些特征，所以關(guān)于這些行星中究竟有無生命存在，還需要我們對它們的大氣展開進一步觀測分析。

明年即將發(fā)射的韋伯紅外望遠鏡，憑借著其巨大的口徑和強大的觀測能力，或許會告訴人類這些行星上有無生命的答案。讓我們在為努力探索的科學家們歡呼加油的同時，一同期盼宇宙深處生命信號的到來。

出品：科普中國

制作：黑洞來客團隊 茍利軍 黃月

監(jiān)制：中國科學院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心