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早前，科学家们天真地认为，如果我们发现其它围绕恒星运转的行星，这些新行星应该跟我们太阳系内的行星相类似。 但是，我们错了，宇宙总是让人捉摸不透。目前发现的1900多颗（数字还在增加中）系外行星，许多与我们太阳系内行星很不一样，比方说2011年发现了围绕两颗恒星运行的行星。它就像是科幻电影《星球大战》中，围绕双星运动的行星塔图因，主人公卢克在这颗行星上，可以凝望“双日同落”。天文学的新发现，让科幻故事变为触手可及的现实。 寻找“生命行星” 但系外行星给我们的最大惊喜，或许是“超级地球”，也被称作“超级类地行星”。这一类的行星，广义上是指那些环境可能与地球类似，而质量通常为地球1到10倍的行星。 1992年，天文学家首次发现系外行星，而且一次就发现了两颗，它们每一颗几乎都是地球质量的3倍，一般来说，行星都会绕着恒星来运转，就像我们的地球绕着太阳一样，但是这两颗系外行星却特别另类，因为它们是绕着一颗叫做PSR B1257+12的脉冲星（位于室女座，距离地球大约980光年）运转。 这个发现令研究人员目瞪口呆，因为当时天文学家一般认为，只有主序星周围才可能存在行星，而所观察到的第一批系外行星竟然是在脉冲星周围找到的，为什么有这么奇怪的事情？ 直到1995年，天文学家在一颗典型的类日恒星周围发现了一颗所谓的“热木星”（即公转轨道极为接近其母恒星的类木行星），才轻舒一口气。这个星球的发现，使天文学家们受到鼓舞，并开始计划寻找系外超级地球的“猎星任务”。 2009年，专门用于探测系外行星的开普勒太空望远镜升空之后，扫描了其视野范围内的15万颗恒星。从此，发现超级地球的喜讯就不断传来，太空望远镜得到的一系列图片令人惊奇：它们有的是气态的球体，更像是迷你海王星；有的则是岩石类的超级地球，可以完全被海水或熔岩覆盖。 密度很重要 欣喜若狂的行星猎人们发现了更多的星球，并添加到超级地球的名单中。然而直到现在，除了它们的质量，科学家们对这些星球一无所知，没有人能猜测出：这些新奇的行星是属于岩石类的（类似于地球）、气态的（类似于海王星），或者介于两者之间？又或者以上的类型都有涉及？ 因此，关于超级地球的第一个大问题是：它们由什么构成？想要深入了解行星的基本物质，天文学家需要找到一个“凌日”——即行星经过主恒星时，遮挡了主恒星的部分光线，从而让我们可以估算行星的大小。一旦天文学家知道了某颗行星的大小和质量，根据高中所学的物理，我们就能算出该行星的密度（密度等于质量除以体积）。有了密度，科学家就可以判断超级地球为松散球还是实心球，是“死亡的世界”，还是可能的“活的世界”。因此密度十分重要，它能告诉我们关于星球的特征。 寻找系外行星“凌日”的过程并不容易，但这样的等待，终于在2009年有了进展，那一年天文学家推算出了两颗超级地球的密度。首先，宇宙飞船看见了一颗正在“凌日”的行星，后来被命名为CoRoT-7b，它的直径大约是地球的1.5倍，质量则是地球的5倍。这意味着CoRoT-7b是第一颗被发现的系外岩石行星，不过它跟它的母恒星距离特别接近，其表面肯定会融化——可能更类似水星。 第二颗是GJ 1214 b，它是被研究得最多的超级地球，其直径约为地球的5倍，但质量只有地球的6.5倍，密度远小于之前发现的CoRoT-7b。GJ 1214 b行星距离地球40光年，它上面富含丰富的水资源：星球四分之三的表面都被深海覆盖。这是人类第一次在太阳系外发现的饱含液态水的行星，但与此并存的却是常年190℃的高温，因此，GJ 1214 b上充满着灼热而浓厚的水蒸气，这样的环境也许并不适合地球形态的生命存在，但有可能发现其他形态的生命。 据统计，已知密度的超级地球数量，大约在40个左右。一般来说，直径在地球3.2倍以下的系外行星，其密度就很高，很可能是岩石行星；而当直径超过地球直径的3.2倍时，行星的密度会开始下降，那么就可能是由较轻的物体，如水、冰和气体等组成的气态行星。 如何揭秘行星大气 在地球上，大气对动物、植物、人类来说，必不可少，所以超级地球的大气层也是天文学家下一步的研究目标。 我们之前提到了，在“凌日”穿越过程中，主星的光穿过系外行星的大气后，一些波段的光会被特定的大气分子吸收。这时科学家通过分析光谱，就可以检测到行星大气的特定分子。如果获得足够多的数据，科学家就可以在理论上分析出行星大气层的基本组成成分。 假设能观察到气体的组成成分，那么或许就能提供一种线索：超级地球是否有生命存在？或者生命是否已经存在于超级地球上？因为根据大气中有什么样的气体，就可以推测某些生命是否存在。 到目前为止，在大气气体种类分析上，有很多令人激动的发现，其中就包括了“超级木星”的大气组成。科学家发现“超级木星”庞大的大气层中，主要是水蒸气、二氧化碳和甲烷，与木星的大气成分非常相似。而超级地球的研究，还在进展之中。 但是太空望远镜对岩石类超级地球上的大气成分的检测效果非常弱，比如在GJ 1214 b和另一个超级地球HD 97658 b附近收集到的星光，通过光谱分析所发现的特定分子的数量很少。天文学家给出的解释是，这两个星球可能像金星一样，被云气包裹住了，厚云层显然阻挡了来自低层大气分子的特定光线，使其难以识别。 天文学家仍在努力解开云层的特征。总的来说，系外行星大气的分子结构，将是下一代望远镜（韦伯太空望远镜）的主要目标。 判断宜居的3个属性 对于一颗岩石类超级地球来说，是否适合生命居住，涉及到3个与生命攸关的行星属性：海洋的调节、气候“空调器”、磁场。 以地球为例，在其从熔融状态开始冷却的最初几亿年的时间里，其最外层固化成为地壳，然后分裂成板块，这些板块在一个炽热、高密度的地幔区域上面，相互碰撞和磨碎，而在它们之下藏着一个坚固的地核，地核喷出的热气不断搅动着地幔，就像是一个冒热气的火锅。地壳板块可能会向下俯冲，重新跑到地幔中（触发地震），接着被熔化掉，同样地，海水也通过地幔来循环，如此持续了亿万年时间。通过地球板块之间的火山裂缝，岩石和水返回地球的表面，这样周而复始地运作。 那么，在超级地球上，这3个属性会是怎样的呢？ 首先讨论一下海洋。超级地球可能是笨重的蓝色行星，它们保留的海洋已经有数十亿年，可能与地球上的海洋一样，甚至更好，因为超级地球可能会有充足的水，供应给地幔循环利用。而地幔循环启动了星球的板块运动，在很长的时期，会影响超级地球是否有宜居的气候，而影响的关键点，就是二氧化碳这种温室气体。 二氧化碳是一种很有用的气体。一方面，它能捕获空气中的热量，维持地球表面温度。另一方面，岩石和海水吸收大气中的二氧化碳，并封存起来，而二氧化碳的减少，就说明热量减少，那么星球就会冷却下来。由于岩石和海水这些地表物质会进入地幔，碳就会被转换回二氧化碳气体，并通过火山喷发返回到大气中，而大气中二氧化碳水平上升，又能使行星变暖，这样循环的最终结果就是：地球能自我调节温度。 那么，超级地球也拥有这个“温度自动调节器”吗？2007年就有一项研究，表明了超级地球有较高的内部热量，能产生更快的对流，类似于地球地幔环流，但其对流更具活力，而且力量更大，所以与地球相比，它似乎更容易创造出板块构造，这样的“超级”板块可以保持大气中二氧化碳的水平，这意味着这些星球比地球更能平衡气候。 然而，同时又有相反的观点：在超级地球上，引力占主导地位，地壳上的不同板块就会被引力牢牢固定住，而不能产生板块漂移和碰撞。没有了板块活动，二氧化碳就不能内外循环，就没有“温度自动调节器”功能，这样的话，生命就很难诞生了。随后的研究都各自支持这两种观点，好几年过去了，这件事仍然悬而未决。 此外，超级地球的宜居还面临一个大问题：行星内部需要一个磁场。假设地球没有磁场来抵挡太阳风的冲击，生命即使出现也难以立足，但我们地球内部晃动的液态铁层，会产生磁场这个“盾牌”，保护着生命。 根据一项研究，超级地球的内部结构可能是固体，而不是像地球一样有不同层次。没有液态金属层，就相当于没有磁场，生命也就难以存在。然而，我们不要绝望，也有研究指出了另一种可能：超级地球内部的高热量可能会融化氧化镁，当这种矿物液化和翻腾后，就可以产生磁场。 显然，我们还是需要更好地掌握超级地球的内部运作，进一步研究它们是否宜居。 星际移民或成现实 目前，已经发现的超级地球还只是冰山一角，随着现代观测手段的进步和新一代技术革新，发现超级地球的速度会越来越快。将来，人类可能找到围绕着类似太阳这样的恒星公转、并且适宜人类居住的行星。而一旦发现了这样的行星，星际移民也可能会变成现实。 2015年，英国学者确认了超级地球——GJ 581 d为首个系外宜居星球。这个行星大小约为地球的3倍，是人类在太阳系之外发现的第一个位于宜居带中的行星，距离地球仅约22光年，在浩瀚的宇宙中算得上是地球的“邻居”，科学家认为它是人类潜在的太空移民选择。 此外，“凌日系外行星勘测卫星（TESS）”，将于2017年由美国麻省理工学院负责发射，主要搜索距离太阳系较近的明亮恒星，看看能不能发现更多的像地球一样大小的行星，这样的行星越多代表着，生命存活的几率就越大，未来的星际移民几率也就越大。 |
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