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天文学家估算:银河系有数百亿颗“超级地球”

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10月3日消息,,仅在银河系就有数百亿颗“超级地球”存在,它们比我们现在生活的地球更常见,也更适合人类居住。

天文学家经常发现太阳系外围绕恒星运行的行星,并将它们称为“系外行星”。2022年夏天,NASA负责凌日系外行星调查卫星的团队发现了几颗特别有趣的系外行星,它们在其母恒星的宜居带运行。

其中一颗行星的体积比地球大30%,围绕恒星的公转周期不到三天。另一颗行星比地球大70%,表面可能存在深海。这两颗系外行星就属于超级地球,它们的体积比地球大,但比天王星和海王星等巨行星小。

地球仍然是目前已知宇宙中唯一存在生命的地方,因此把寻找生命的重点放在类似地球的行星上似乎是合乎逻辑的选择。研究表明,天文学家在其他行星上发现生命的最大可能目标就是超级地球。

大多数超级地球围绕着质量较低、寿命比太阳长得多的冷矮星运行。科学家们已经发现,超级地球绕着他们观测过的40%冷矮星运行。照此计算,天文学家估计,仅在银河系中,就有数百亿颗超级地球存在于宜居带,而且它们上面可能存在液态水。由于地球上所有的生命都需要水,水被认为是宜居星球的关键因素。

根据目前的预测,大约三分之一的系外行星是超级地球,这使它们成为银河系中最常见的系外行星类型。最近的系外行星距离地球只有6光年。从中可以看出,我们的太阳系显得如此不同寻常,因为它没有质量介于地球和海王星之间的超级地球。

超级地球是寻找生命最理想目标的另一个原因在于,它们比地球大小的行星更容易被发现和研究。天文学家用两种方法探测系外行星。一种是行星对其母恒星的引力效应,另一种是行星从母恒星前面经过时恒星光线会短暂变暗。对于更大的行星来说,这两种探测方法都更容易。

现代天体生物学家正在探索行星适合生命生存的原因。事实证明,地球并不是所有可能存在生命的世界中最好的。在45亿年历史的大部分时间里,地球都不适合人类和其他更大的生物居住。模拟表明,地球长期宜居并非必然,而是存在很大的偶然性。甚至可以说,人类能活着真是太幸运了。

研究人员列出了一系列使行星非常适合生命生存的属性。更大的行星地质活跃度更高,科学家们认为这个特征将促进生物进化。因此,最宜居行星的质量大约是地球的两倍,体积比地球大20%到30%。它还将拥有足够浅的海洋,光可以照射到海底的生命,平均温度为25摄氏度。

此外,它将拥有比地球更厚的大气层,以起到“绝缘毯”的作用。最后,这样的行星将围绕比太阳更老的恒星运行,以使生命有更长的发展时间,并且它将拥有足够强大的磁场来抵御宇宙辐射。科学家们认为,将这些属性结合起来,将使一颗行星超级宜居。

依据这样的定义,超级地球具有超级宜居行星的许多属性。到目前为止,天文学家已经发现了24颗超级地球系外行星,它们即使不是所有可能的世界中最好的,理论上也比地球更适合人类居住。

最近,宜居行星清单上又增加了一项令人兴奋的新发现。天文学家已经开始发现从恒星系统中抛出的系外行星,可能有数十亿这样的行星在银河系漫游。如果某个超级地球从其恒星系统中喷射出来,拥有稠密的大气层和水,它可以维持生命存在数百亿年,远远长于地球上的生命在太阳死亡之前所能持续的时间。

为了探测遥远系外行星上的生命,天文学家将寻找可以在行星大气中检测到的生物特征,即生物学的副产品。

NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜是在天文学家发现系外行星之前设计的,因此该望远镜没有针对系外行星研究进行优化。但它能够做些这方面的科学工作,并计划在运行的第一年瞄准两个可能适合人类居住的超级地球。在过去几年中发现的另一组拥有巨大海洋的超级地球,以及今年夏天发现的行星,也是詹姆斯·韦伯望远镜关注的目标。

但在系外行星大气中发现生命迹象的最好机会将来自下一代巨型地面望远镜,包括镜面直径达39米的Extremely Large Telescope、Thirty Meter Telescope和25.4米巨型麦哲伦望远镜。这些望远镜都在建造中,并准备在2030年之前开始收集数据。

天文学家知道,超级地球上拥有支持生命存在的元素,但宜居并不意味着上面有人居住。在研究人员在其他地方找到生命的证据之前,地球上的生命有可能只是一个独特的意外。尽管宜居星球不会有生命迹象的原因有很多,但如果在接下来的几年里,天文学家观察这些超宜居超级地球却什么也找不到,人类可能会被迫得出结论,承认“宇宙是一个孤独的地方”。(小小)

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