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银河系第二个地球到底在哪?我们找了三十年,答案有点意外

前几天晚上在阳台晾衣服,抬头看见天琴座方向那颗微微发蓝的织女星,突然想起小时候看《星际迷航》,史波克的老家就在那附近,那时候觉得,银河系里肯定到处都是地球的兄弟姐妹,找到第二个地球不过是时间问题,可现在都2024年了,天文学家们拿着最先进的望远镜扫了三十年,这事儿反而变得有点微妙。

说起来你可能不信,我们到现在连一颗真正意义上的"第二个地球"都还没找到,不是没找到类地行星,而是那些条件听起来挺像的候选者,仔细一琢磨,总觉得哪里差点意思。

什么叫"第二个地球"?标准比你想的要苛刻

很多人觉得,只要是一颗岩石行星,处在宜居带里,液态水能存在,就算第二个地球了,但这事儿没那么简单,天文学家内部有个更严格的标准,叫"地球相似指数",缩写是ESI,从0到1打分,地球自己当然是1.0满分,这个指数不光看你有没有液态水,还看半径、密度、表面温度、逃逸速度一大堆参数,打个比方的话,不是说你找了个同样身高体重的人就算双胞胎,还得看五官、声音、走路的姿态像不像。

目前得分最高的几颗行星,说出来你可能都听过:

行星名称 ESI得分 距离 最大的问题
蒂加登星b 95 5光年 绕红矮星转,潮汐锁定,一面永远白天一面永远黑夜
TOI-700 d 93 101光年 同样绕红矮星,恒星耀斑可能把大气层剥光了
开普勒-452b 83 1400光年 比地球大60%,可能根本不是岩石行星
比邻星b 87 2光年 离母星太近,X射线辐射是地球的400倍

你看这个表格就明白了,每一颗看起来很美的候选者,背后都藏着一个",蒂加登星b得分最高,0.95,听着像是地球失散多年的亲姐妹对吧?可它被潮汐锁定了,这意味着它有一面永远对着恒星,热得要命,另一面永远是冰窖般的黑夜,只有晨昏线那窄窄一圈可能适合生存,这跟我们熟悉的地球,完全是两种活法。

最像的那个,其实就在隔壁

如果非要挑一个目前最靠谱的候选者,我投比邻星b一票,不是因为它的条件最好,而是因为它最近——4.2光年,宇宙尺度上就是隔壁邻居,2016年欧洲南方天文台发现它的时候,整个天文学界是真的激动了几分钟。

比邻星b是一颗岩石行星,质量大概是地球的1.3倍,待在母星的宜居带里,问题是它的母星比邻星是个暴脾气,经常来一波超级耀斑,X射线强度是地球接收到的四百倍,四百倍是什么概念?相当于你每天涂防晒霜出门,结果太阳变成了一个X光机对着你照,这种环境下,大气层能不能保住都是个问题,科学家用计算机模拟过,如果比邻星b没有强磁场,它的原始大气可能在几十亿年里被完全剥离,没有大气,液态水就站不住脚,液态水站不住脚,所谓宜居就成了一句空话。

不过也有乐观的看法,今年《自然·天文学》上有一篇研究认为,如果比邻星b自带一个比地球强好几倍的磁场,再配上一开始就有厚实的原始大气,说不定能扛住,你看,还是"。

换个思路:也许第二个地球根本不是行星

这里插一句有点反常识的想法,最近几年在学术界讨论得越来越多,我们一直在找和地球差不多的行星,可宇宙里最像地球的东西,说不定是系外卫星,你想,太阳系里木星和土星的那些冰卫星,比如木卫二、土卫六,冰壳底下有液态水海洋,有潮汐加热提供能量,化学环境复杂得很,NASA在2028年要发射的"欧罗巴快船"任务,主要就是想看看木卫二的羽流里有没有有机分子。

假如银河系里有一大堆气态巨行星,它们周围挂着好几颗大卫星,而这些巨行星又正好处在恒星的宜居带里——那这些卫星简直就是天选之地,它们有行星级别的大小,有潮汐力提供的稳定热源,还不用担心恒星耀斑的直接轰击,因为气态巨行星的磁场会挡掉一大半,目前詹姆斯·韦伯望远镜已经盯上了几个可能有"超级月球"的系外行星系统,比如WASP-49b周围就疑似有火山喷发的卫星物质,这个方向要是突破了,"第二个地球"说不定是个月亮。

为什么找了三十年还没找到?

这事儿说起来有点无奈,我们现在找行星主要靠两种办法,一个是凌星法,行星从恒星前面经过,星光会暗那么一点点,望远镜捕捉到这个微弱的亮度变化就能推断出行星的大小和轨道,另一个是视向速度法,行星引力会拉得母星微微晃动,光谱变化能告诉我们行星的质量。

这两种方法各有各的盲区,凌星法只能看到行星的半径和轨道,大气成分要用光谱分析才能推测,而地球上最灵敏的望远镜盯着一颗几百光年外的行星看上好几天,得到的光谱数据往往还是模糊得不行,视向速度法就更挑食了,行星太小太远,信号就被淹没在恒星的噪点里,说句实在话,我们现在对系外行星的了解,大概相当于站在一百米外眯着眼睛看一张被水浸过的照片,知道大概轮廓,细节全凭猜。

红矮星的问题,银河系里百分之七十多的恒星都是红矮星,这些家伙又小又暗,宜居带离母星很近近,行星上去很容易被潮汐锁定,再加上红矮星年轻时脾气特别暴躁,动不动就来一波耀斑,真正像太阳这样温和稳定的黄矮星,放在银河系里反而是少数派,这就导致我们找到的大多数"宜居候选",天然就带着红矮星环境的那些麻烦。

接下来的希望在哪里?

不过也不是没盼头,欧洲空间局2026年要发射的柏拉图望远镜,专门设计来寻找类地行星,灵敏度比开普勒还要高一个量级,它能在更大范围内同时监测几十万颗恒星,更重要的是,它能更精确地测出行星的半径和质量,缩小"看起来像"和"真的像"之间的差距,天文学家们私下里都管它叫"地球猎人",虽然官方不可能这么叫。

地面上的极大望远镜也在紧张地建设中,主镜直径三十九米,2028年左右投入使用后会成为人类历史上最大的光学望远镜,它的光谱分析能力可以让科学家直接探测系外行星大气层里的氧气、甲烷、水蒸气这些可能的"技术特征"——说白了就是找外星光合作用或者工业活动的痕迹,如果柏拉图锁定了几个高分候选,极大望远镜就负责凑上去仔仔细细地闻一闻大气的成分。

说来说去,银河系第二个地球到底在哪,目前最诚实的答案就是三个字:还在找,但每一次新望远镜上天,我们都离答案更近一步,这种感觉有点像小时候拆一个特别复杂的礼物包装,拆了一层还有一层,每一层都透出点光来,4.2光年外的比邻星b,101光年外的TOI-700 d,又或者是某颗气态巨行星周围尚未命名的卫星,都有可能在某一天突然从"候选"变成"确认"。

而那天到来的时候,人类望向夜空的眼神,大概会和现在完全不一样了。

银河系第二个地球到底在哪?我们找了三十年,答案有点意外

银河系第二个地球到底在哪?我们找了三十年,答案有点意外

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