天文学家发现了一颗罕见而又令人着迷的系外行星,它距离地球 40 光年,可能比我们的地球稍微温暖一点。新论文《Gliese 12 b,一颗 12 秒差距的温带地球大小行星,由 TESS 和 CHEOPS 发现》已发表在《皇家天文学会月刊》上。
这颗潜在宜居行星名为格利泽 12 b,绕其主星运行一周需要 12.8 天,其大小与金星相当(略小于地球),估计表面温度为 42°C (107°F),低于迄今为止已确认的 5,000 多颗系外行星中的大多数。
但这是假设它没有大气层,这是确定它是否适宜居住的关键下一步。它可能有类似地球的大气层,更类似于金星的大气层——金星经历了失控的温室效应,使其成为 400°C (752°F) 的地狱——没有大气层,或者可能是我们太阳系中没有的一种大气层。
得到答案至关重要,因为它将揭示格利泽 12 b 是否可以维持适合液态水(甚至生命)在其表面存在的温度,同时也将解开地球和金星如何以及为何进化如此不同的谜团。
格利泽 12 b 绝不是第一颗被发现的类地系外行星,但正如美国宇航局所说,只有少数像它一样的行星值得仔细观察。
它被誉为“迄今为止发现的距离地球最近的、凌日的、气候温和的、地球大小的行星”,也是詹姆斯韦伯太空望远镜进一步探测的潜在目标。
距离我们最近的类地系外行星(可能也是最著名的行星)是比邻星 b,距离我们只有 4 光年。然而,由于它不是凌日行星,我们仍有很多东西需要了解,包括它是否有大气层以及是否有可能孕育生命。
大多数系外行星都是通过凌日法发现的,即从我们的角度来看,行星从其恒星前方经过,导致主恒星亮度下降。
在凌日期间,恒星发出的光也会穿过系外行星的大气层,部分波长会被吸收。不同的气体分子吸收不同的颜色,因此凌日提供了一组化学指纹,韦伯等望远镜可以探测到。
格利泽 12 b 也可能具有重要意义,因为它可能有助于揭示我们银河系中的大多数恒星(即冷恒星)是否能够容纳具有大气层并因此适宜居住的温带行星。
它围绕一颗名为格利泽 12 的冷红矮星运行,该星距离地球约 40 光年,位于双鱼座。
澳大利亚南昆士兰大学天体物理中心博士生 Shishir Dholakia 说:“格利泽 12 b 是研究围绕冷恒星运行的地球大小行星是否能保留大气层的最佳目标之一,这是增进我们了解银河系行星宜居性的关键一步。”
他与爱丁堡大学和伦敦大学学院的博士生拉里萨·帕尔索普 (Larissa Palethorpe) 共同领导了一个研究团队。
这颗系外行星的主恒星大小约为太阳的 27%,表面温度约为恒星的 60%。
然而,格利泽 12 与新行星之间的距离仅为地球与太阳之间距离的 7%。因此,格利泽 12 b 从其恒星接收的能量是地球从太阳接收能量的 1.6 倍,约为金星接收能量的 85%。
格利泽 12 b 的估计尺寸可能与地球一样大,或者略小一些——相当于我们太阳系中的金星。这幅艺术家的概念图将地球与各种可能的格利泽 12 b 解释进行了比较,从没有大气层的到像金星一样厚的大气层的。图片来源:NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (Caltech-IPAC)
太阳辐射的这种差异很重要,因为这意味着行星的表面温度高度依赖于其大气条件。与格利泽 12 b 估计的 42°C (107°F) 表面温度相比,地球的平均表面温度为 15°C (59°F)。
“大气层会吸收热量,根据大气层的类型,大气层会显著改变实际表面温度,”多拉基亚解释道。“我们引用的是行星的‘平衡温度’,也就是行星在没有大气层时的温度。”
“这颗行星的科学价值很大一部分在于了解它可能拥有什么样的大气层。由于格利泽 12 b 的太阳光量介于地球和金星之间,因此它对于弥合我们太阳系中这两颗行星之间的差距非常有价值。”
帕莱索普补充道:“据认为,地球和金星最初的大气层是被剥离的,后来又通过火山喷发和太阳系残留物质的轰击得到补充。
“地球适合居住,但金星由于完全失去了水分而不适合居住。由于格利泽 12 b 的温度介于地球和金星之间,它的大气层可以让我们了解行星在发展过程中的宜居路径。”
研究人员与东京的另一个团队利用美国宇航局的 TESS(凌日系外行星勘测卫星)的观测数据来帮助他们的发现。
东京天体生物学中心的项目助理教授 Masayuki Kuzuhara 与东京大学的项目助理教授 Akihiko Fukui 共同领导了一个研究小组,他表示:“我们发现了迄今为止距离地球最近的、正在凌日的、气候温和的、与地球大小相似的行星。”
“虽然我们还不知道它是否拥有大气层,但我们一直认为它是一颗系外金星,其大小和从其恒星接收的能量与我们太阳系中的行星邻居相似。”
保留大气层的一个重要因素是恒星的风暴性。红矮星往往具有磁性,导致频繁、强烈的 X 射线耀斑。
然而,两个团队的分析都得出结论,格利泽 12 号并没有表现出这种极端行为的迹象,这让人希望格利泽 12 b 的大气层可能仍然完好无损。
美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理学家、Kuzuhara 和 Fukui 论文的合著者迈克尔麦克尔韦恩 (Michael McElwain) 说:“我们知道,使用现有设施,只有少数几颗与地球相似的温带行星,它们距离我们足够近,并符合这类研究(称为透射光谱)所需的其他标准。”
“为了更好地了解这些行星的大气多样性和演化结果,我们需要更多像格利泽 12 b 这样的例子。”
格利泽 12 b 距离地球 40 光年,与 TRAPPIST-1 系统的距离大致相同。
它由七颗行星组成,它们的大小都与地球差不多,很可能是由岩石构成的,围绕着一颗红矮星运行。
其中三颗行星位于宜居带,但至少两颗——很可能是所有行星——没有大气层,很可能是贫瘠的,这使得八年前首次发现它们时人们认为它们可能是适合生命生存的水世界这一希望破灭了。