蓝鲸科学

2007-12-17

Gliese 581：可能适合居住的星球？ - [物理天文]

首先，这不是今年4月份的那个老新闻。很意外国内很多大网站没有报道，估计都以为和4月份发现该星球是同一个新闻吧。这个是发现该星球后，2个小组分别各完成了一份可居住性评估报告，于几天前发布。

当时刚找到这个星球时百度百科上4月份的报道：Gliese 581 c

在发现第一个太阳系外行星10多年后，天文学家已经发现了超过250个的行星。直到几年以前，天文学家发现的行星大都还是木星级别的，这意味着都是些气体行星。最近，天文学家他们发现了一些更小的，在地球10倍大小以内的行星：被称为"超级地球"。

今年4月时，欧洲天文学家曾宣布他们找到了2个新的行星，其绕着M恒星Gliese 581（一颗红矮星）运动，行星质量约是地球的5-8倍。根据他们到恒星的距离判断，这两个新行星（Gliese 581c和Gliese 581d）是发现的第一批可能适合居住的行星。

和木星那种气态行星不同，陆地行星非常多样化：有一些极干燥且没有风， 另一些则可能有过多的水和气体而陆地很少。只有下一代望远镜才能告诉我们这些行星的大气组成，从而寻找可能的生命迹象。然而，今天的理论研究仍然能给未来的观测带来很大的帮助。

因此，<天文和天体物理学>杂志发布了2篇Gliese 581的行星系统的理论研究报告。发布这两个报告的国际团队分别由Franck Selsis 和 Werner von Bloh领导。他们从2个不同的角度来评估这些超级地球的可居住性。因此，他们评估了恒星Gliese 581的行星系统中，理论上的可居住范围 -- 行星表面允许存在液态水的空间范围。

F. Selsis 计算了距离恒星不同距离时行星的大气情况。如果行星靠得太近，水就蒸发了，生命就无法存在。而太远，则二氧化碳的温室效应又不足以让水的温度高于冰点。目前不能精确确定信心是否可居住的主要原因是，该行星的大气还不能精确建模。这种情况也在太阳系的计算中体现出来。天文学家称，太阳系的可居住范围的内边界是0.7-0.9个天文学单位，外边界是1.7-2.4个天文学单位。

W. von Bloh和他的团队则把范围限定得更狭窄，因为他们判断的是光合作用可能发生的范围。光合作用的发生，需要同时考虑大气中的CO2程度和液态水的存在。通过专门针对超级地球的热量评估模型，他们计算了大气中的CO2排放（由山脉和火山释放）和消耗（CO2会被风化过程消耗）。他们需要考虑的是，CO2的排放和消耗形成的平衡。在他们使用的模型中，这种平衡主要决定于星球的年龄。因为一个星球太老，就可能无法释放出足够的CO2了。为了计算可居住的边界，该小组假设所需的CO2水平是10巴（压力单位）。

本文所附的这张模拟图，包含了2个小组测试的可居住范围，并且和太阳系的可居住范围进行对比。两个小组都认为，Gliese 581 c 太靠近恒星了，而Gliese 581 d可能可以居住。然而，Gliese 581 d的环境可能非常荒芜而没有生命存在。Gliese 581 d是潮汐锁定的。也就是说，他有一半永远是黑天。因此，白天和黑夜带来的温差会给这个星球带来持续不断的强风。由于这颗行星靠近可生存范围的外边缘，因此，如果伤面存在生命的话，这些生命需要面对较低的恒星射线和非常罕见的气候现象。

这张图还显示出，c、d 行星和恒星的距离是不断变化的，因为他们具有幅度较大的椭圆公转轨道。并且，越靠近恒星，轨道就越短。行星c是12.9天，行星d是83.6天。图上也标示出，行星d在公转时，会离开可居住范围，然后又回到可居住范围。然而，即使面对这么恶劣的条件，只要它的大气密度够高，这颗行星仍然可能是可居住的。但无论如何，它的居住条件肯定和地球的大不一样。

最后，这些行星的可居住性还让人感兴趣的是，它的恒星是一颗红矮星，M型恒星。银河系约75%的恒星是M型恒星。这些恒星长寿（约100亿年的寿命）、稳定并且燃烧氢。M恒星一直被认为是不大可能伴有可居住行星的。首先，因为M型恒星的可居住范围的行星总是潮汐锁定，有一边永远是黑暗的，从而导致大气情况难以改变。然后，M恒星具有很强的磁活动，伴随着猛烈的耀斑、高强度的X射线和紫外线。从而可能侵蚀行星大气。但最近的理论研究显示，M恒星可能仍然会带有可居住恒星。从而让天文学家对M恒星系统的兴趣加大。因为，相对于太阳系这种系统，通过径向速度和运输技术，更容易探测到M型恒星的可居住行星的轨道。

2份报告都确认了Gliese 581c 和Gliese 581d 将是ESA和NASA未来的太空任务达尔文/陆地行星探索项目的主要目标，这些项目专注于搜索类似地球的行星。这些太空观测将可能判断这些行星的大气组成。

关于Gliese 581 恒星系统的第三份报告由H. Beust 和他的团队发布。该报告研究Gliese 581 恒星系统的动力学稳定性。研究行星的可居住性往往对这种研究也很感兴趣，因为行星轨道的长期发展，可能调节着行星的大气情况。行星间的相互重力影响存在于任何多行星系统。由于其他行星的影响，地球的轨道周期性的由圆形变为有点轻微的椭圆型。

下面是今年5月份天文学家模拟的Gliese 581 c的日出模拟图。他们的恒星温度比太阳低，颜色更红。但我们现在已经知道，那个星球上很可能没有水。

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