太阳系外天体宜居性 – 星明天文台

作者|周已皓

审核|黄坚

编辑|史玲玲

浩淼的宇宙中存在着难以计数的恒星，他们中的大部分都不存在适宜人类和各种碳基生物生活。那么今天，我们就来聊聊太阳系外那些适宜人类居住的天体是什么样的。

太阳系外宜居行星想象图（图片来源于网络）

首先，我们需要引入“宜居带”这么一个概念。宜居带是指距离恒星一定距离的一个范围，在该范围内，拥有足够大气压的行星表面可以维持液态水的存在。同时，过近的距离不仅会使得行星表面温度激增，更有可能带来行星本身被恒星潮汐锁定的灾难后果。

宜居带示意图（图片来源于北京天文馆）

就在几十年前，人们还一直以为太阳系的宜居带起码有一亿公里宽，虽然金星过热，火星过冷，但都不能排除生命存在的可能性。但是现在科学家们认为，在考虑大气层的“二氧化碳—硅酸盐循环”效应对地球温度的调节后，约为三千万公里宽，地球正好在这个宜居带里完全是一个巧合。

早期地球的环境想象图（图片来源于南京古生物所）

众所周知，在浩瀚的银河系中，不止有像太阳系一样的单恒星系统，我们发现的半数以上的恒星都是双星甚至多星系统。在双星系统中，需要两颗星的距离非常近，才能形成一个稳定环状的的宜居带。

双星系统艺术图（图片来源于salt.ac.za）

同时，孕育生命需要长久而稳定的环境，一些较为寿命较短的大质量恒星就不适于存在生命。恒星系统、行星系统里如果缺少发挥保护作用的天体存在，宜居行星也很难形成复杂的生命形式。在太阳系中，木星就充当了地球保护者的形象，保护地球上脆弱的生命不被太阳系内或是偶入太阳系的小天体所摧毁。

被陨石撞得坑坑洼洼的月背（图片来源于果壳网）

当然，一颗合格的宜居行星也需要拥有足够的质量，以至于有足够的引力来吸引大气，从而使大气不至于在长久的时间里慢慢逸散殆尽。大气层可以保持地表的温度，使行星不至于在昼夜交替中出现极冷极热的情况，而更利于进化复杂生命，也是只有大气层才能使星球表面保持游离水。

Gliese 581c艺术想象图（图片来源于NASA）

2007年发现的Gliese 581c被认为是人类发现的第一颗位于宜居带的类地行星。2016年，天文学家在距离地球最近的恒星——比邻星周围又发现了一颗位于宜居带的类地行星比邻星b，其质量约为1.3倍地球质量，公转周期仅为11.2天。目前人类发现了太阳系外宜居带类地行星约50颗，但它们的质量大部分是地球的几倍至10倍，相当于‘超级地球’，它们中绝大多数距离地球十分遥远，达上千光年。

中国科学院紫金山天文台科学家提出的“近邻宜居行星巡天计划”(简称CHES) 入选了中国科学院空间科学三期卫星的候选项目。CHES计划发射一个1.2米口径的高精度天体测量空间望远镜，在日地拉格朗日L2点运行至少5年时间，拟探测距离地球约32光年处的100个类日恒星，期望发现首颗太阳系外宜居带“地球2.0”。这将是国际上首次专门在近邻类太阳型恒星周围寻找宜居类地行星的空间探测任务。

参考资料：

(1) Isaac Asimov. 地球以外的文明世界,译林出版社,2011.05

(2) 田丰.宜居环境与地外生命,科学通报,2016,61(19):2093-2100

(3) 胡永云.关于太阳系外行星的宜居性,气象科技进展,2016,6(03):110-114

(4) M. E. Sachkov,V. I. Shematovich. Exoplanet Habitability: Potential O2/O3 Biosignatures in the Ultraviolet, Solar System Research, 2019,53(5)

(5) Sara Seager. Exoplanet Habitability. Science, 2013,340(6132)

(6) 太阳系外宜居行星有了新线索,地理教学,2014(07):64

(7) 兰顺正. 寻找”地球2.0″,中国不缺位——中国科学家提出”近邻宜居行星巡天计划”,太空探索, 2022(7):4

有关太阳系外天体宜居性的更多疑问，欢迎大家在评论区留言，小星会为你一一解答哦~