中国将为人类搜寻宜居星球(到底哪个才是人类未来的方向呢)
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2023-12-24
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1. 中国将为人类搜寻宜居星球,到底哪个才是人类未来的方向呢?
人类未来的方向在外太空,而对月、火的探索是我们迈向太空的第一步,所以无论探索月球还是火星,都是同等重要的。
当前要先得实现载人登月,就像我们坐飞机一样形成一种常规操作,在月球上建立大量的宜居空间,把月球建设成一个人类通往火星、外太空的中继站,毕竟在月球上发射外太空探测器比较容易(月球第二宇宙速度仅为2.4km/s)。
然后下一步就是开发建设火星,火星可考虑做为人类长久居住地。首先要改造火星大气,因二氧化碳的浓度过高,火星大气压又太低,日光照射形成空气强对流,就容易形成风暴且强度很大(平均强度是地球的十倍),所以改造大气成分是首任。不过这个有点难啊!
火星环境改造好以后,可做为人类往系外探索的补给站。
人类也必须得为自己寻找一个备用的宜居星球,太阳系内的小行星群,难以清除的人造卫星垃圾,太阳活动的不稳定,甚至是“黑暗森林”法则,这些不确定性因素都是将来人类在不经意间就得面对的,所以,加快对宇宙的研究进度确实是件紧迫的事。
2. 假如有一天真的可以移居到别的星球?
移民别的宜居星球,会优先选择那些人去呢?无疑最先去的是创业者和社会精英。这里要提醒的是,那些有崇高理想的,有吃苦耐劳精神的,觉得在地球上没有用武之地的,活得很压抑的青年人,天堂在招唤你们,真实的人间天堂,足可以成就你农场场主的美梦,更能成全你成为一代企业家,一代富豪的企望。梦想做官做大官的赶紧报名,划地为界,自成一统,自立为国。勿容置疑,先到为君,后到为臣为小吏为小小吏,你可以想见若干年后,就有大批的草民,象犯人一样来到这个星球,被你差谴,为你马首是瞻,你会看到原来修地球的那批民众,见到你会点头哈腰,媚态十足样子,你会看到那些小小吏,为了巴结你,为了权力,他们绞尽脑汁手段用尽,有些人不惜牺牲自己妻女的色相,让你尽请渲泄和玩弄,真可怜可嫌可鄙,你还会看到在地球时那些梦寐以求的大派女明星,在地球时无数个夜晚意淫交媾的女姣娘,此刻穿最少的衣服站在你的床前,等待着你的宠幸,…你正要动作,突然一道寒光一闪,你早已身首异处,你的头颅已抛向空中,那头颅象长了翅膀直飞地球,终于滚入一个燃烧熊熊大火的垃圾场。你终于明白了,新的星球原来是沒有私欲的圣洁之地。
3. 距离地球才86光年的天狼星?
距离地球才8.6光年的天狼星,存在宜居行星吗?
天狼星是距离最球较近、在夜空中最为明亮的一颗恒星了,自古以来,人们用肉眼就很容易观测到天狼星的存在,在我国古代它被作为二十八星宿之一,由于它太过于明亮,古代很多国家和地区将其与太阳并列,认为它所发出的光线与太阳一起,会加剧地面的热量提升,因此也被冠以“热星”、“犬日”等称谓。非洲多贡人还一直流传着一个传说,那就是它们来源于天狼星中的一个行星上,这无疑增加了天狼星的神秘色彩。那么,天狼星这个恒星系统中到底有没有可能存在宜居行星呢?
宜居行星的基本条件随着100多年来天文观测和深空探测技术的迅速发展,人类对于太阳系内包括地外星系的探索领域也逐渐拓宽,很多距离地球较近的其它恒星系统逐渐映入了人们的眼帘,比如距离地球4.2光年的比邻星、距离地球4.3光年的半人马座南门二a星、距离地球6光年的巴纳德星、距离地球8.6光年的天狼星等等,由于距离较近,科学家们应用天文望远镜比较容易能够观测到这些恒星系统中的天体基本运行情况,其中搜索类地宜居行星也成为天文观测的其中一项重要内容,从目前的情况来看,在比邻星系统内发现了处于宜居带内的一颗岩质行星,不过后来深入观测发现比邻星现在处于超级耀斑爆发的集中期,这颗岩质行星产生生命的概率几乎没有。
从地球上生命的诞生和演化过程,我们可以推测出能够保障碳基生命形成的行星条件,至少要包括以下条件:
适宜的温度区间。这颗行星要确保处于恒星的宜居带内,能够有保障液态水存在的先决条件。
适宜的大气条件。一方面能够保证行星表面的水分不易散失到外太空,另一方面可以为生命形成所必需的有机物质形成奠定能量输入和转化载体的基础。
适宜的磁场环境。可以最大限度地阻挡来自恒星的高能粒子冲击,使恒星辐射和恒星风带电粒子可以在磁场的引导下返回宇宙空间,或者一部分疏导到行星的磁两极区域,从而为有机物的形成包括生命形式的诞生创造稳定的环境,避免有机物因高能粒子冲击而裂解或者失去活性。
恒星处于稳定状态。这一点也至关重要,行星所围绕公转的恒星,最好处于稳定的主序期内,否则即使行星处于宜居带,也会因反复变化的核聚变强度造成诸多影响,因此像红巨星、白矮星这样的恒星,其系内的行星一般都无法提供生命形成或者演化的保障条件。
观测行星的方法由于行星本身并不发光,所以我们很难应用肉眼或者天文望远镜,直接在已知遥远的恒星周围来寻找系外行星。在太阳系以外,科学家们通常根据行星和恒星的相对位置变化,所引发的相应光线传输、引力波动等方面的变动,来判断恒星系统内是否具有行星以及行星的运动规律。目前,天文学家在探测太阳系以外的行星时,主要运用行星凌日法、引力透镜法、视向速度法等。
行星凌日法。当一颗行星运行到所围绕公转的恒星和地球之间,且基本处于一条直线时,该行星就会遮挡住一部分来恒星的光线,从而在地球上观测到这颗恒星的亮度会发生一定程度的减弱,从而判断出行星的存在。如果我们持续性对这颗恒星进行观测,通过恒星亮度的周期性变化,就可以得到行星的公转周期,继而推算出公转轨道半径。行星凌日法是目前天文观测中探索行星运用最多的一种方法,大约有90%以上的系外行星都是靠这种方法确认的。
引力透镜法。按照爱因斯坦的广义相对论,大质量天体的存在会使周围时空产生弯曲,光线在经过这部分区域时会发生偏折,当从地球的角度进行观测时,如果在观测目标的直线方向上有一颗大质量天体,则会因光线的弯曲看到一个或者多个像,就像凸透镜成像实验一样。如果目标天体的质量较小,光线弯曲程度也少很多,那么在观测者角度来看当行星运行到恒星和地球之间且呈一条直线时,就会在微弱引力透镜效应下,使恒星的亮度瞬间提升。引力透镜法,一般应用在探测与地球距离比较远的恒星系统时,所采用的行星搜索方式。
视向速度法。在万有引力作用下,在一个恒星系统中,如果存在行星,那么恒星和行星都将围绕着它们共有的质心作周期性运动,无论是这个质心处在恒星内部还是外部,恒星在周期性运动过程中,其与地球观测者的距离肯定会有微弱的变化,当这种变化表现在光谱上时,远离过程中就会发生光谱的红移,接近时就会发生光谱的蓝移,虽然这种变化很微弱,但是通过精密的观测仪器是完全可以发现的。只要目标恒星出现这种周期性的光谱红移和蓝移现象,则意味着可能会存在行星。
不过可惜的是,通过多年的持续观测,科学家们无论通过哪种方法,都没有在天狼星系统中发现有行星存在的证据,别说宜居行星了,就连行星可能根本就不存在。
天狼星系统内没有发现行星的原因分析根据科学们的观测,天狼星实际上是一个双星系统,其中主星天狼星A是一颗质量为太阳质量1.8倍、亮度是太阳23倍的蓝矮星,表面温度比太阳要高出很多,可以达到1万摄氏度。伴星天狼星B是一颗质量与太阳相当、体积为地球大小的白矮星。两颗恒星围绕着共同的质心运动,其转动周期约为50年。从这个双星系统的运动特征以及两颗恒星的主要特点,我们可以看到其不利于形成行星的主要因素有:
一是行星轨道的不稳定性。根据天狼双星的运动轨道,其偏心率为0.59左右,表明两颗恒星的距离变化频率和幅度非常明显。如果系统内存在恒星的话,其运行轨道也必须拥有和它们一致的偏心率,显然这种程度的偏心率对于行星来说是极其不稳定的,可以等同于一个小型的三体系统,在这种情况下,行星极容易被吸进恒星内或者被甩出系统之外。
二是与恒星的距离不稳定。如果有围绕双星系统运行的行星,那么在两颗恒星距离不断变化、自身运行轨道的不确定性等因素的影响之下,行星与恒星的距离变化也会非常剧烈,不能保障行星一直处于宜居带之内,因此该系统内不可能存在宜居行星。
三是历史因素的影响。天狼星B现在是一颗白矮星,以现有质量推算,说明它之前经历过红巨星的爆发阶段,那时候的质量应该是现在的5倍左右。所以,即使在1亿年之前这个恒星系统内存在过行星,也会在天狼星B处于红巨星时被烤焦,然后在红巨星坍缩时被反弹释放出的大量物质吹跑。
基于以上条件,天狼星双星系统中存在行星的可能性非常小,因此也谈不上宜居行星了,这也是为什么这么多年来科学家们始终没有在系统中发现行星的原因。
4. 判断行星是否适合宜居最关键依据?
都有大气层,有很大的可能是宜居行星。
5. NASA发现宜居行星?
NASA发现宜居行星,距地球100光年!人类怎么才能到达?
关于宜居行星已经不是第一次发现了,后期专业搜索行星的开普勒望远镜发现的宜居行星都多的不要不要的,比如曾经热乎了好一阵子的超级地球:开普勒452b,很可惜它在距离1400光年以外,但此次发现的TOI 700 d行星却不一样,距离地球只有100光年,这使得各位暗淡下去的眼神有一次闪亮起来!
100光年外的TOI 700 d行星
TOI-700 d是何方神圣?这是2018年4月18日发射的凌日系外行星巡天望远镜的有一个杰作,TESS是它英文的缩写,此前它已经发现了不少行星,但距离如此之近(距离只有 101.4光年),和地球如此相似的行星还是相当罕见的,我们简单来了解下TOI-700 d!
多行星系统的TOI-700星系
TOI-700 d半径大约是地球的1.19倍,质量大约是地球的1.72倍,位于母星TOI-700的宜居带上,大约37.42天环绕母星一周,简单的说TOI-700 d上的一年大概只有地球一个多月,当然这并没有什么关系,因为公转周期和距离并不是一颗行星是否在宜居带的关键指标,跟这个相关的是它的母星是一颗怎样的行星!
TOI-700是一颗红矮星,质量和半径都只有太阳的40%,这个数据有些诡异,但当前给出数据只有这些,直径和半径都大大小于太阳,这决定了它的表面温度远比太阳低,大约只有3000K,该恒星活动程度比较低,这是一个非常重要的参数,等下我们再继续详细分析!
TESS是怎么发现这颗行星的?肯定不是直接搜索发现的,我们从TESS名字缩写就可以看出,它主要利用凌日法来搜索系外行星!现代望远镜搜索系外行星有两种方式,一种是凌日法,另一种多普勒法!如果是广域搜索,那么必定是凌日法,因为多普勒需要详细分析多普勒频移光谱,这个工作量非常大,选定目标后可以这样操作,但普查明显不合适!我们两个都来介绍一下:
凌日法搜索行星
凌日法搜索比较简单,即TESS对一个天区分割成多块进行成像,一个周期轮流下来,然后和之前的照片中恒星亮度对比,如果发现恒星亮度有下降,那么可能是一颗行星挡在了TESS和那颗恒星中间,TESS将会重点关照这些恒星,得到确切的信息后,根据恒星的光谱与距离,以及亮度下降的指标计算出行星的直径,再辅以多普勒法计算出这颗恒星的距离,判断它是否在宜居带内!甚至还可能在遮挡星光时分析光谱变化,看看行星是否有大气层,甚至液态水等可能的条件!
多普勒法搜索行星
凌星法只能用在TESS位于行星所在的黄道面时的搜索,但大部分时候TESS可能和行星所在的黄道面有一个角度,那么凌星法就不好用了,只能用行星接近和远离时的多普勒频移法来推算出是否存在行星,这种方法可以用在选定目标后的详细观测,普查显然效率太低!
TOI-700 d的条件比地球还好吗?当然我们现在并不能判断,但从现有的数据来看,至少有几个参数是优于地球的,各位可以参考下,万一发财了,下次一颗跟随第一批星际舰队移民TOI-700 d的!
TOI-700恒星的寿命要比太阳长的多TOI-700 d行星不会遭受母星的氦闪袭击本来在红矮星周围有一个比较不确定的事件是,越小的红矮星活动要比太阳这种黄矮星强得多,因此这会有一个问题,即行星早已在超级耀斑的活动下灰飞烟灭,当然至少生命是不太可能发生了!但TESS的观测发现,TOI-700恒星活动非常稳定,当然40%的太阳太阳大小起到的因素更关键,因为这个质量刚好在小的红矮星和中等红矮星的分界线以上。
红矮星和类日恒星结构差异
另外红矮星不会有氦闪,因为太阳会将氢聚变后的氦元素堆积在内核,然后暂时又不能聚变,等到积累到一定程度又突然聚变,所以在太阳周围是十分不安全的,所幸的是太阳的氦闪发生时间至少在几十亿年后,所以我们还不必担心!而红矮星则对流整颗恒星,因此氦元素不会堆积,即使未来整颗恒星都变成氦元素,那么这些氦还是不会突然聚变,因为温度不够!所以TOI-700 d行星十分安全,当然等TOI-700恒星烧光氢,估计要数千亿年甚至更久,所以TOI-700 d行星真是爽得不要不要的!
潮汐锁定可能是TOI-700 d的命运根据TESS给出的数据,TOI-700 d行星的半长轴为0.163 ± 0.015 AU,即距离恒星大约:2440万千米的位置运行,而太阳系最近的水星距离大约是6980万千米,大约只有水星公转轨道的1/3强一些,而水星已经和太阳轨道共振,介于锁定和非锁定之间!
如果TOI-700 d被母星潮汐锁定,那么估计其命运就比较惨一点了,但红矮星的宜居行星被潮汐锁定可能是普遍现象,因为距离实在太近,当然也不是说就无法诞生生命,在晨昏线附近甚至更靠近一些的区域都可能诞生生命!
人类能移民TOI-700 d行星吗?当然按旅行者一号的速度的话,到达比邻星都需要1万多年,到TOI-700 d估计需要40多万年,这可不是一个好消息,不过谁知道人类未来会发明出什么好东西呢,没有梦想怎么行,万一要是实现了呢?
代达罗斯核聚变飞船
比如当年提出的疯狂的代达罗斯号核聚变飞船,尽管到现在核聚变还在天上飘,但这艘飞船的设计指标实在令人神往,能达到光速的10%,也就是说从现在出发,大部分人都能活着到达比邻星和巴纳德星!但到达TOI-700 d有点困难,因为要1000年以上,这是在不是个好消息!
进取号
咱不是还有进取号么,科克船长的座驾,最高能达到199516倍光速,跨越银河系也只要六个月,那么到达TOI-700 d要多久呢?大约4.4345小时即可到达!
“二营长,把老子的进取号拉出来,我们要去郊个游!”
6. 能让人类文明躲过太阳的氦闪吗?
太阳是一颗中低质量的恒星,天文学家开始时认为太阳是一颗普通的恒星。但随着天文观测手段的进步,天文学家发觉,银河系中的恒星大部分都是低质量的红矮星。太阳比85%的恒星都要亮。
图:太阳的结构
太阳在主序星阶段的寿命有100亿年左右。在此期间,它主要是利用氢的核聚变反应释放能量。由于氢的核聚变生成物是氦,而太阳的质量无法使氦一产生就开始进行核聚变,而且太阳核心处物质密度非常大,氦不会因为对流扩散。这样氦就会在太阳的核心中积累下来。
由于氦没有发生核聚变,不能产生辐射压对抗太阳的重力。在重压下,氦核会被压缩成简并态物质,电子简并压会抵抗住太阳的重力。随着氦核的压缩,氦核周围的氢也跟着被压缩。这样,氢的核聚变效率会提高,释放出更多的热量,氦产生的速率也跟着加快。太阳的光度会随着太阳的年龄而增长。大约每过10亿年,太阳的光度就会提高10%。
图:太阳的演化
随着太阳核聚变反应效率的提高,核心温度也不断增长,当核心温度达到1亿度的时候,氦的核聚变条件达到。氦核开始进行核聚变反应,释放出更多的能量,温度进一步的提高。
但由于氦核已经是简并态物质,而简并态物质的密度不会随着温度的增加而减小。这使得氦核在几秒内完全燃烧。释放出来的能量相当于平时的千亿倍。这样的能量足以摧毁木星的大气。太阳系中的生物只有死路一条。
人类躲在地底能够逃过一劫吗?事实上,在太阳发生氦闪前,它已经成为了一颗红巨星。红巨星会膨胀到地球的轨道上,将地球吞噬掉。
图:太阳红巨星的比较
如果人类还生活在太阳系,此时应该移民到了木星或者土星的卫星上了,木卫二和土卫六是一个好去处。
图:太阳系现在的宜居带和太阳成为红巨星的宜居带
氦闪过后的太阳系,行星和卫星的大气层应该都被摧毁了,即使是侥幸逃过一劫,也会被以后发生的多次氦闪所摧毁。所以,躲在地底并不是一个长久之计。那时的人类应该掌握了长时间航行于宇宙空间的技术,人类应该在发生这一切的前就离开了太阳系。
7. 人类目前发现了多少个宜居星球?
迄今为止,我们仍然只知道我们所在的地球适合生命生存,是唯一的宜居星球,然而我们的地球又只是太空中一个普通的行星,地球这样的行星在太空中有很多很多,天文学家们估计在银河系中就得有上千亿个,难道在这么庞大的基数面前都没有像我们地球这样的宜居星球吗?说起来这又是很不可能的。
那么为什么我们人类至今没有发现别的宜居星球呢?这其实还只能怪我们自己,因为我们还不具备能够发现太阳系外宜居星球的能力,在我们看来,太阳系外的行星系统距离我们还是太遥远了,以至于我们只能通过掩星法来看到一些行星的存在,就是当某个行星运行到可以以某颗恒星为背景的时候,我们才能发现和分析它上面的情况。
很显然,以这种方法发现行星的存在和上面的情况是很不容易的,然而即便如此,我们人类至今仍然发现了数百颗像我们的地球这样的行星,比如开普勒452b、格里泽518d、比邻星b、罗斯128b等,这些行星的大小都和地球相近,而且处于恒星的宜居带中,上面很可能有适宜的温度和液态水存在,因此被认为很可能是生命的宜居星球。
天文学家们最近通过设立在智利的欧洲天文台的甚大望远镜又发现了两颗类似地球的行星,它们不仅是位于主恒星的宜居带中,而且质量和地球也相差无几。它们就是位于天鹅座的蒂加登星的两颗行星,蒂加登b和蒂加登c,从相似度上来看,它们都几乎和地球一样大,从各种条件上判断也可谓是名副其实的地球兄弟。
蒂加登星是一颗距离地球只有12.5光年远的红矮星,可以说是太阳的邻居,其质量只有太阳的1/10左右,其发出的光和热相对太阳也比较微弱,表面温度大概只有不到3000℃,因此它的宜居带也距离星体比较近,只有500~2500万公里左右,然而在其宜居带中,这两颗质量和地球很相似的行星正在有条不紊的围绕主恒星运行。
其中蒂加登b质量约为地球1.05倍,平均温度为28°C,比地球的平均温度高12℃左右,这样的温度是适宜液态水存在和生物生存的,推测其赤道部分温度较高,但是靠近两极的地区更适合生物生存,我们地球上生物存在的时期内也曾经出现平均温度比现在高近10℃的温度,因此天文学家们认为这颗星球很可能是迄今为止已知和地球相似度最高的行星。
蒂加登c的质量约为地球1.1倍,它的轨道距离主星较远,平均温度约为-47°C。和火星的平均温度差不多,但是这个星球如果也有大气层的话,其赤道地区的温度也是足以维持液态水存在并适合生命生存的,因此这个星球或也是一颗生命的宜居星球。
虽然从天文学上来看12.5光年的距离非常近,然而对我们人类的宇航能力来说仍是遥不可及的,而且凭借现阶段人类的观测技术,虽然我们可以看到这两颗行星的存在,然而大多数数据和情况还都只是依据光谱分析和其与主恒星的引力摄动等情况的判断猜测,距离其真实情况还差很远。因此凭借我们现阶段的观测技术,对于太阳系外的星球是否宜居等状况并不能做出准确的判断,而只能说它是不是有宜居的可能性,如此而已!
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1. 中国将为人类搜寻宜居星球,到底哪个才是人类未来的方向呢?
人类未来的方向在外太空,而对月、火的探索是我们迈向太空的第一步,所以无论探索月球还是火星,都是同等重要的。
当前要先得实现载人登月,就像我们坐飞机一样形成一种常规操作,在月球上建立大量的宜居空间,把月球建设成一个人类通往火星、外太空的中继站,毕竟在月球上发射外太空探测器比较容易(月球第二宇宙速度仅为2.4km/s)。
然后下一步就是开发建设火星,火星可考虑做为人类长久居住地。首先要改造火星大气,因二氧化碳的浓度过高,火星大气压又太低,日光照射形成空气强对流,就容易形成风暴且强度很大(平均强度是地球的十倍),所以改造大气成分是首任。不过这个有点难啊!
火星环境改造好以后,可做为人类往系外探索的补给站。
人类也必须得为自己寻找一个备用的宜居星球,太阳系内的小行星群,难以清除的人造卫星垃圾,太阳活动的不稳定,甚至是“黑暗森林”法则,这些不确定性因素都是将来人类在不经意间就得面对的,所以,加快对宇宙的研究进度确实是件紧迫的事。
2. 假如有一天真的可以移居到别的星球?
移民别的宜居星球,会优先选择那些人去呢?无疑最先去的是创业者和社会精英。这里要提醒的是,那些有崇高理想的,有吃苦耐劳精神的,觉得在地球上没有用武之地的,活得很压抑的青年人,天堂在招唤你们,真实的人间天堂,足可以成就你农场场主的美梦,更能成全你成为一代企业家,一代富豪的企望。梦想做官做大官的赶紧报名,划地为界,自成一统,自立为国。勿容置疑,先到为君,后到为臣为小吏为小小吏,你可以想见若干年后,就有大批的草民,象犯人一样来到这个星球,被你差谴,为你马首是瞻,你会看到原来修地球的那批民众,见到你会点头哈腰,媚态十足样子,你会看到那些小小吏,为了巴结你,为了权力,他们绞尽脑汁手段用尽,有些人不惜牺牲自己妻女的色相,让你尽请渲泄和玩弄,真可怜可嫌可鄙,你还会看到在地球时那些梦寐以求的大派女明星,在地球时无数个夜晚意淫交媾的女姣娘,此刻穿最少的衣服站在你的床前,等待着你的宠幸,…你正要动作,突然一道寒光一闪,你早已身首异处,你的头颅已抛向空中,那头颅象长了翅膀直飞地球,终于滚入一个燃烧熊熊大火的垃圾场。你终于明白了,新的星球原来是沒有私欲的圣洁之地。
3. 距离地球才86光年的天狼星?
距离地球才8.6光年的天狼星,存在宜居行星吗?
天狼星是距离最球较近、在夜空中最为明亮的一颗恒星了,自古以来,人们用肉眼就很容易观测到天狼星的存在,在我国古代它被作为二十八星宿之一,由于它太过于明亮,古代很多国家和地区将其与太阳并列,认为它所发出的光线与太阳一起,会加剧地面的热量提升,因此也被冠以“热星”、“犬日”等称谓。非洲多贡人还一直流传着一个传说,那就是它们来源于天狼星中的一个行星上,这无疑增加了天狼星的神秘色彩。那么,天狼星这个恒星系统中到底有没有可能存在宜居行星呢?
宜居行星的基本条件随着100多年来天文观测和深空探测技术的迅速发展,人类对于太阳系内包括地外星系的探索领域也逐渐拓宽,很多距离地球较近的其它恒星系统逐渐映入了人们的眼帘,比如距离地球4.2光年的比邻星、距离地球4.3光年的半人马座南门二a星、距离地球6光年的巴纳德星、距离地球8.6光年的天狼星等等,由于距离较近,科学家们应用天文望远镜比较容易能够观测到这些恒星系统中的天体基本运行情况,其中搜索类地宜居行星也成为天文观测的其中一项重要内容,从目前的情况来看,在比邻星系统内发现了处于宜居带内的一颗岩质行星,不过后来深入观测发现比邻星现在处于超级耀斑爆发的集中期,这颗岩质行星产生生命的概率几乎没有。
从地球上生命的诞生和演化过程,我们可以推测出能够保障碳基生命形成的行星条件,至少要包括以下条件:
适宜的温度区间。这颗行星要确保处于恒星的宜居带内,能够有保障液态水存在的先决条件。
适宜的大气条件。一方面能够保证行星表面的水分不易散失到外太空,另一方面可以为生命形成所必需的有机物质形成奠定能量输入和转化载体的基础。
适宜的磁场环境。可以最大限度地阻挡来自恒星的高能粒子冲击,使恒星辐射和恒星风带电粒子可以在磁场的引导下返回宇宙空间,或者一部分疏导到行星的磁两极区域,从而为有机物的形成包括生命形式的诞生创造稳定的环境,避免有机物因高能粒子冲击而裂解或者失去活性。
恒星处于稳定状态。这一点也至关重要,行星所围绕公转的恒星,最好处于稳定的主序期内,否则即使行星处于宜居带,也会因反复变化的核聚变强度造成诸多影响,因此像红巨星、白矮星这样的恒星,其系内的行星一般都无法提供生命形成或者演化的保障条件。
观测行星的方法由于行星本身并不发光,所以我们很难应用肉眼或者天文望远镜,直接在已知遥远的恒星周围来寻找系外行星。在太阳系以外,科学家们通常根据行星和恒星的相对位置变化,所引发的相应光线传输、引力波动等方面的变动,来判断恒星系统内是否具有行星以及行星的运动规律。目前,天文学家在探测太阳系以外的行星时,主要运用行星凌日法、引力透镜法、视向速度法等。
行星凌日法。当一颗行星运行到所围绕公转的恒星和地球之间,且基本处于一条直线时,该行星就会遮挡住一部分来恒星的光线,从而在地球上观测到这颗恒星的亮度会发生一定程度的减弱,从而判断出行星的存在。如果我们持续性对这颗恒星进行观测,通过恒星亮度的周期性变化,就可以得到行星的公转周期,继而推算出公转轨道半径。行星凌日法是目前天文观测中探索行星运用最多的一种方法,大约有90%以上的系外行星都是靠这种方法确认的。
引力透镜法。按照爱因斯坦的广义相对论,大质量天体的存在会使周围时空产生弯曲,光线在经过这部分区域时会发生偏折,当从地球的角度进行观测时,如果在观测目标的直线方向上有一颗大质量天体,则会因光线的弯曲看到一个或者多个像,就像凸透镜成像实验一样。如果目标天体的质量较小,光线弯曲程度也少很多,那么在观测者角度来看当行星运行到恒星和地球之间且呈一条直线时,就会在微弱引力透镜效应下,使恒星的亮度瞬间提升。引力透镜法,一般应用在探测与地球距离比较远的恒星系统时,所采用的行星搜索方式。
视向速度法。在万有引力作用下,在一个恒星系统中,如果存在行星,那么恒星和行星都将围绕着它们共有的质心作周期性运动,无论是这个质心处在恒星内部还是外部,恒星在周期性运动过程中,其与地球观测者的距离肯定会有微弱的变化,当这种变化表现在光谱上时,远离过程中就会发生光谱的红移,接近时就会发生光谱的蓝移,虽然这种变化很微弱,但是通过精密的观测仪器是完全可以发现的。只要目标恒星出现这种周期性的光谱红移和蓝移现象,则意味着可能会存在行星。
不过可惜的是,通过多年的持续观测,科学家们无论通过哪种方法,都没有在天狼星系统中发现有行星存在的证据,别说宜居行星了,就连行星可能根本就不存在。
天狼星系统内没有发现行星的原因分析根据科学们的观测,天狼星实际上是一个双星系统,其中主星天狼星A是一颗质量为太阳质量1.8倍、亮度是太阳23倍的蓝矮星,表面温度比太阳要高出很多,可以达到1万摄氏度。伴星天狼星B是一颗质量与太阳相当、体积为地球大小的白矮星。两颗恒星围绕着共同的质心运动,其转动周期约为50年。从这个双星系统的运动特征以及两颗恒星的主要特点,我们可以看到其不利于形成行星的主要因素有:
一是行星轨道的不稳定性。根据天狼双星的运动轨道,其偏心率为0.59左右,表明两颗恒星的距离变化频率和幅度非常明显。如果系统内存在恒星的话,其运行轨道也必须拥有和它们一致的偏心率,显然这种程度的偏心率对于行星来说是极其不稳定的,可以等同于一个小型的三体系统,在这种情况下,行星极容易被吸进恒星内或者被甩出系统之外。
二是与恒星的距离不稳定。如果有围绕双星系统运行的行星,那么在两颗恒星距离不断变化、自身运行轨道的不确定性等因素的影响之下,行星与恒星的距离变化也会非常剧烈,不能保障行星一直处于宜居带之内,因此该系统内不可能存在宜居行星。
三是历史因素的影响。天狼星B现在是一颗白矮星,以现有质量推算,说明它之前经历过红巨星的爆发阶段,那时候的质量应该是现在的5倍左右。所以,即使在1亿年之前这个恒星系统内存在过行星,也会在天狼星B处于红巨星时被烤焦,然后在红巨星坍缩时被反弹释放出的大量物质吹跑。
基于以上条件,天狼星双星系统中存在行星的可能性非常小,因此也谈不上宜居行星了,这也是为什么这么多年来科学家们始终没有在系统中发现行星的原因。
4. 判断行星是否适合宜居最关键依据?
都有大气层,有很大的可能是宜居行星。
5. NASA发现宜居行星?
NASA发现宜居行星,距地球100光年!人类怎么才能到达?
关于宜居行星已经不是第一次发现了,后期专业搜索行星的开普勒望远镜发现的宜居行星都多的不要不要的,比如曾经热乎了好一阵子的超级地球:开普勒452b,很可惜它在距离1400光年以外,但此次发现的TOI 700 d行星却不一样,距离地球只有100光年,这使得各位暗淡下去的眼神有一次闪亮起来!
100光年外的TOI 700 d行星
TOI-700 d是何方神圣?这是2018年4月18日发射的凌日系外行星巡天望远镜的有一个杰作,TESS是它英文的缩写,此前它已经发现了不少行星,但距离如此之近(距离只有 101.4光年),和地球如此相似的行星还是相当罕见的,我们简单来了解下TOI-700 d!
多行星系统的TOI-700星系
TOI-700 d半径大约是地球的1.19倍,质量大约是地球的1.72倍,位于母星TOI-700的宜居带上,大约37.42天环绕母星一周,简单的说TOI-700 d上的一年大概只有地球一个多月,当然这并没有什么关系,因为公转周期和距离并不是一颗行星是否在宜居带的关键指标,跟这个相关的是它的母星是一颗怎样的行星!
TOI-700是一颗红矮星,质量和半径都只有太阳的40%,这个数据有些诡异,但当前给出数据只有这些,直径和半径都大大小于太阳,这决定了它的表面温度远比太阳低,大约只有3000K,该恒星活动程度比较低,这是一个非常重要的参数,等下我们再继续详细分析!
TESS是怎么发现这颗行星的?肯定不是直接搜索发现的,我们从TESS名字缩写就可以看出,它主要利用凌日法来搜索系外行星!现代望远镜搜索系外行星有两种方式,一种是凌日法,另一种多普勒法!如果是广域搜索,那么必定是凌日法,因为多普勒需要详细分析多普勒频移光谱,这个工作量非常大,选定目标后可以这样操作,但普查明显不合适!我们两个都来介绍一下:
凌日法搜索行星
凌日法搜索比较简单,即TESS对一个天区分割成多块进行成像,一个周期轮流下来,然后和之前的照片中恒星亮度对比,如果发现恒星亮度有下降,那么可能是一颗行星挡在了TESS和那颗恒星中间,TESS将会重点关照这些恒星,得到确切的信息后,根据恒星的光谱与距离,以及亮度下降的指标计算出行星的直径,再辅以多普勒法计算出这颗恒星的距离,判断它是否在宜居带内!甚至还可能在遮挡星光时分析光谱变化,看看行星是否有大气层,甚至液态水等可能的条件!
多普勒法搜索行星
凌星法只能用在TESS位于行星所在的黄道面时的搜索,但大部分时候TESS可能和行星所在的黄道面有一个角度,那么凌星法就不好用了,只能用行星接近和远离时的多普勒频移法来推算出是否存在行星,这种方法可以用在选定目标后的详细观测,普查显然效率太低!
TOI-700 d的条件比地球还好吗?当然我们现在并不能判断,但从现有的数据来看,至少有几个参数是优于地球的,各位可以参考下,万一发财了,下次一颗跟随第一批星际舰队移民TOI-700 d的!
TOI-700恒星的寿命要比太阳长的多TOI-700 d行星不会遭受母星的氦闪袭击本来在红矮星周围有一个比较不确定的事件是,越小的红矮星活动要比太阳这种黄矮星强得多,因此这会有一个问题,即行星早已在超级耀斑的活动下灰飞烟灭,当然至少生命是不太可能发生了!但TESS的观测发现,TOI-700恒星活动非常稳定,当然40%的太阳太阳大小起到的因素更关键,因为这个质量刚好在小的红矮星和中等红矮星的分界线以上。
红矮星和类日恒星结构差异
另外红矮星不会有氦闪,因为太阳会将氢聚变后的氦元素堆积在内核,然后暂时又不能聚变,等到积累到一定程度又突然聚变,所以在太阳周围是十分不安全的,所幸的是太阳的氦闪发生时间至少在几十亿年后,所以我们还不必担心!而红矮星则对流整颗恒星,因此氦元素不会堆积,即使未来整颗恒星都变成氦元素,那么这些氦还是不会突然聚变,因为温度不够!所以TOI-700 d行星十分安全,当然等TOI-700恒星烧光氢,估计要数千亿年甚至更久,所以TOI-700 d行星真是爽得不要不要的!
潮汐锁定可能是TOI-700 d的命运根据TESS给出的数据,TOI-700 d行星的半长轴为0.163 ± 0.015 AU,即距离恒星大约:2440万千米的位置运行,而太阳系最近的水星距离大约是6980万千米,大约只有水星公转轨道的1/3强一些,而水星已经和太阳轨道共振,介于锁定和非锁定之间!
如果TOI-700 d被母星潮汐锁定,那么估计其命运就比较惨一点了,但红矮星的宜居行星被潮汐锁定可能是普遍现象,因为距离实在太近,当然也不是说就无法诞生生命,在晨昏线附近甚至更靠近一些的区域都可能诞生生命!
人类能移民TOI-700 d行星吗?当然按旅行者一号的速度的话,到达比邻星都需要1万多年,到TOI-700 d估计需要40多万年,这可不是一个好消息,不过谁知道人类未来会发明出什么好东西呢,没有梦想怎么行,万一要是实现了呢?
代达罗斯核聚变飞船
比如当年提出的疯狂的代达罗斯号核聚变飞船,尽管到现在核聚变还在天上飘,但这艘飞船的设计指标实在令人神往,能达到光速的10%,也就是说从现在出发,大部分人都能活着到达比邻星和巴纳德星!但到达TOI-700 d有点困难,因为要1000年以上,这是在不是个好消息!
进取号
咱不是还有进取号么,科克船长的座驾,最高能达到199516倍光速,跨越银河系也只要六个月,那么到达TOI-700 d要多久呢?大约4.4345小时即可到达!
“二营长,把老子的进取号拉出来,我们要去郊个游!”
6. 能让人类文明躲过太阳的氦闪吗?
太阳是一颗中低质量的恒星,天文学家开始时认为太阳是一颗普通的恒星。但随着天文观测手段的进步,天文学家发觉,银河系中的恒星大部分都是低质量的红矮星。太阳比85%的恒星都要亮。
图:太阳的结构
太阳在主序星阶段的寿命有100亿年左右。在此期间,它主要是利用氢的核聚变反应释放能量。由于氢的核聚变生成物是氦,而太阳的质量无法使氦一产生就开始进行核聚变,而且太阳核心处物质密度非常大,氦不会因为对流扩散。这样氦就会在太阳的核心中积累下来。
由于氦没有发生核聚变,不能产生辐射压对抗太阳的重力。在重压下,氦核会被压缩成简并态物质,电子简并压会抵抗住太阳的重力。随着氦核的压缩,氦核周围的氢也跟着被压缩。这样,氢的核聚变效率会提高,释放出更多的热量,氦产生的速率也跟着加快。太阳的光度会随着太阳的年龄而增长。大约每过10亿年,太阳的光度就会提高10%。
图:太阳的演化
随着太阳核聚变反应效率的提高,核心温度也不断增长,当核心温度达到1亿度的时候,氦的核聚变条件达到。氦核开始进行核聚变反应,释放出更多的能量,温度进一步的提高。
但由于氦核已经是简并态物质,而简并态物质的密度不会随着温度的增加而减小。这使得氦核在几秒内完全燃烧。释放出来的能量相当于平时的千亿倍。这样的能量足以摧毁木星的大气。太阳系中的生物只有死路一条。
人类躲在地底能够逃过一劫吗?事实上,在太阳发生氦闪前,它已经成为了一颗红巨星。红巨星会膨胀到地球的轨道上,将地球吞噬掉。
图:太阳红巨星的比较
如果人类还生活在太阳系,此时应该移民到了木星或者土星的卫星上了,木卫二和土卫六是一个好去处。
图:太阳系现在的宜居带和太阳成为红巨星的宜居带
氦闪过后的太阳系,行星和卫星的大气层应该都被摧毁了,即使是侥幸逃过一劫,也会被以后发生的多次氦闪所摧毁。所以,躲在地底并不是一个长久之计。那时的人类应该掌握了长时间航行于宇宙空间的技术,人类应该在发生这一切的前就离开了太阳系。
7. 人类目前发现了多少个宜居星球?
迄今为止,我们仍然只知道我们所在的地球适合生命生存,是唯一的宜居星球,然而我们的地球又只是太空中一个普通的行星,地球这样的行星在太空中有很多很多,天文学家们估计在银河系中就得有上千亿个,难道在这么庞大的基数面前都没有像我们地球这样的宜居星球吗?说起来这又是很不可能的。
那么为什么我们人类至今没有发现别的宜居星球呢?这其实还只能怪我们自己,因为我们还不具备能够发现太阳系外宜居星球的能力,在我们看来,太阳系外的行星系统距离我们还是太遥远了,以至于我们只能通过掩星法来看到一些行星的存在,就是当某个行星运行到可以以某颗恒星为背景的时候,我们才能发现和分析它上面的情况。
很显然,以这种方法发现行星的存在和上面的情况是很不容易的,然而即便如此,我们人类至今仍然发现了数百颗像我们的地球这样的行星,比如开普勒452b、格里泽518d、比邻星b、罗斯128b等,这些行星的大小都和地球相近,而且处于恒星的宜居带中,上面很可能有适宜的温度和液态水存在,因此被认为很可能是生命的宜居星球。
天文学家们最近通过设立在智利的欧洲天文台的甚大望远镜又发现了两颗类似地球的行星,它们不仅是位于主恒星的宜居带中,而且质量和地球也相差无几。它们就是位于天鹅座的蒂加登星的两颗行星,蒂加登b和蒂加登c,从相似度上来看,它们都几乎和地球一样大,从各种条件上判断也可谓是名副其实的地球兄弟。
蒂加登星是一颗距离地球只有12.5光年远的红矮星,可以说是太阳的邻居,其质量只有太阳的1/10左右,其发出的光和热相对太阳也比较微弱,表面温度大概只有不到3000℃,因此它的宜居带也距离星体比较近,只有500~2500万公里左右,然而在其宜居带中,这两颗质量和地球很相似的行星正在有条不紊的围绕主恒星运行。
其中蒂加登b质量约为地球1.05倍,平均温度为28°C,比地球的平均温度高12℃左右,这样的温度是适宜液态水存在和生物生存的,推测其赤道部分温度较高,但是靠近两极的地区更适合生物生存,我们地球上生物存在的时期内也曾经出现平均温度比现在高近10℃的温度,因此天文学家们认为这颗星球很可能是迄今为止已知和地球相似度最高的行星。
蒂加登c的质量约为地球1.1倍,它的轨道距离主星较远,平均温度约为-47°C。和火星的平均温度差不多,但是这个星球如果也有大气层的话,其赤道地区的温度也是足以维持液态水存在并适合生命生存的,因此这个星球或也是一颗生命的宜居星球。
虽然从天文学上来看12.5光年的距离非常近,然而对我们人类的宇航能力来说仍是遥不可及的,而且凭借现阶段人类的观测技术,虽然我们可以看到这两颗行星的存在,然而大多数数据和情况还都只是依据光谱分析和其与主恒星的引力摄动等情况的判断猜测,距离其真实情况还差很远。因此凭借我们现阶段的观测技术,对于太阳系外的星球是否宜居等状况并不能做出准确的判断,而只能说它是不是有宜居的可能性,如此而已!
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