浸湿的泥土
2020 年 100 月，美国国家航空航天局报告说，苔丝宇宙飞船发现了它的第一颗可能宜居的地球大小的系外行星，它绕着一颗大约 XNUMX 光年外的恒星运行。
地球是一部分 TOI 700 系统 （TOI 代表 TESS 感兴趣的对象) 是一颗较小的、相对冷的恒星，即光谱级 M 的矮星，位于金鱼星座中，其质量和大小只有太阳的 40% 左右，表面温度的一半。
对象命名 TOI 700 天 并且是围绕其中心旋转的三颗行星之一，距离它最远，每 37 天绕一颗恒星运行一次。 它位于距 TOI 700 如此远的地方，理论上能够保持液态水漂浮，位于宜居区。 它接收太阳提供给地球的大约 86% 的能量。
然而，研究人员使用来自凌日系外行星调查卫星 (TESS) 的数据创建的环境模拟表明，TOI 700 d 的行为可能与地球截然不同。 因为它与它的恒星同步旋转（这意味着地球的一侧总是在白天，另一侧在黑暗中），云层的形成和风吹的方式对我们来说可能有点异国情调。
1. 地球与 TOI 700 d 的比较，以及系外行星上地球大陆系统的可视化
天文学家在美国宇航局的帮助下证实了他们的发现。 斯皮策太空望远镜它刚刚完成了它的活动。 Toi 700 最初被错误地归类为温度更高，导致天文学家认为所有三颗行星都靠得太近，因此太热而无法维持生命。
芝加哥大学团队成员艾米丽·吉尔伯特 (Emily Gilbert) 在介绍这一发现时说。 -
研究人员希望在未来，诸如 詹姆斯韦伯太空望远镜NASA 计划在 2021 年将其送入太空，他们将能够确定行星是否有大气层并可以研究其组成。
研究人员使用计算机软件 假设的气候模型 行星 TOI 700 d. 由于尚不清楚其大气中可能存在哪些气体，因此已经测试了各种选项和情景，包括假设现代地球大气（77% 的氮、21% 的氧、甲烷和二氧化碳）的选项，可能的成分 2,7 亿年前地球的大气层（主要是甲烷和二氧化碳），甚至可能存在于 3,5 亿年前的火星大气层（大量二氧化碳）。
从这些模型中发现，如果 TOI 700 d 的大气中含有甲烷、二氧化碳或水蒸气的混合物，则该行星可能适合居住。 现在该团队必须使用上述韦伯望远镜来确认这些假设。
与此同时，美国宇航局进行的气候模拟表明，地球的大气和气压都不足以在其表面保持液态水。 如果我们在 TOI 700 d 上放置与地球上相同数量的温室气体，地表温度仍将低于零。
然而，所有参与团队的模拟表明，TOI 700 等小而暗的恒星周围的行星气候与我们在地球上的经历大不相同。
有趣的消息
我们对系外行星或围绕太阳系运行的行星的了解大部分来自太空。 它从 2009 年到 2018 年扫描了天空，发现了太阳系外的 2600 多颗行星。
美国宇航局随后将发现的接力棒传递给了 TESS(2) 探测器，该探测器于 2018 年 200 月在其运行的第一年发射到太空，还有 XNUMX 个此类未经证实的物体。 为了寻找天文学家未知的行星，天文台将搜寻整个天空，已经看到了 XNUMX XNUMX 个。 最亮的星星。
2. 用于系外行星探测的过境卫星
TESS 使用一系列广角相机系统。 它能够研究一大群小行星的质量、大小、密度和轨道。 卫星按方法工作 远程搜索亮度下降 可能指向 行星凌日 - 轨道上的物体在其母星表面前方通过。
过去几个月是一系列非常有趣的发现，部分归功于相对较新的太空天文台，部分归功于其他仪器，包括地面仪器。 在我们与地球双胞胎会面的前几周，有消息说发现了一颗围绕两个太阳运行的行星，就像星球大战中的塔图因一样！
TOI 行星 1338 b 在 XNUMX 光年外的艺术家星座中发现。 它的大小介于海王星和土星的大小之间。 该物体经历了其恒星的定期相互日食。 它们以 XNUMX 天的周期围绕彼此旋转，一个比我们的太阳稍大，另一个比我们的太阳小得多。
2019 年 XNUMX 月，有消息称，在我们的太空后院确实发现了两颗类地行星。 这是发表在《天文学和天体物理学》杂志上的一篇文章中报道的。 这两个地点都位于可以形成水的理想区域。 它们可能有一个岩石表面并围绕太阳运行，称为 蒂加登之星 (3)，距离地球仅 12,5 光年。
- 发现的主要作者说， 马蒂亚斯·泽克迈斯特，德国哥廷根大学天体物理研究所研究员。 -
3. Teegarden星系统，可视化
反过来，苔丝去年七月发现的有趣的未知世界围绕着 UCAC 星星4 191-004642，距离地球七十三光年。
具有主星的行星系统，现在标记为 TOI 270, 包含至少三个行星。 其中之一， TOI 270 页，比地球略大，另外两个是迷你海王星，属于我们太阳系中不存在的一类行星。 这颗恒星很冷，不是很亮，比太阳小约 40%，质量也更小。 它的表面温度比我们自己的恒星伴侣高约三分之二。
太阳系 TOI 270 位于艺术家星座。 构成它的行星轨道如此接近恒星，以至于它们的轨道可以适应木星的伴星系统 (4)。
4. TOI 270 系统与 Jupiter 系统的比较
对该系统的进一步探索可能会揭示更多的行星。 那些比 TOI 270 d 离太阳更远的轨道可能足够冷以容纳液态水并最终产生生命。
苔丝值得仔细看看
尽管小型系外行星的发现数量相对较多，但它们的大部分母星距离我们都在 600 到 3 米之间。 距离地球光年，太远太暗，无法进行详细观察。
与开普勒不同，苔丝的主要重点是寻找围绕太阳最近邻居的行星，这些行星足够明亮，现在和以后都可以用其他仪器观察到。 2018年XNUMX月至今，TESS已经发现 超过 1500 个候选行星. 它们中的大多数体积是地球的两倍多，轨道运行时间不到十天。 结果，它们接收到的热量比我们的星球多得多，而且它们太热以至于液态水无法在它们的表面存在。
为了使系外行星变得可居住，需要液态水。 它是可以相互作用的化学物质的温床。
从理论上讲，人们认为外来生命形式可能存在于高压或极高温度的条件下——例如在热液喷口附近发现的极端微生物，或者在南极西部冰盖下近一公里处发现的微生物。
然而，人们能够直接研究他们生活的极端条件，这使得这种生物的发现成为可能。 不幸的是，它们无法在深空探测到，尤其是在数光年的距离内。
在我们太阳系外寻找生命甚至居住地仍然完全依赖于远程观测。 为生命创造潜在有利条件的可见液态水表面可以与上面的大气相互作用，从而产生可通过地面望远镜远程检测到的生物特征。 这些可以是地球已知的气体成分（氧气、臭氧、甲烷、二氧化碳和水蒸气）或古代地球大气的成分，例如 2,7 亿年前（主要是甲烷和二氧化碳，但不是氧气）。 ）。
寻找一个“恰到好处”的地方和居住在那里的星球
自 51 年发现 1995 Pegasi b 以来，已经确定了超过 XNUMX 颗系外行星。 今天我们确定地知道，我们银河系和宇宙中的大多数恒星都被行星系统所包围。 但只有几十颗系外行星被发现是潜在的宜居世界。
是什么让系外行星适合居住？
主要条件是已经提到的地表液态水。 为了使这成为可能，我们首先需要这个固体表面，即 岩石地面但是也 大气，并且密度足以产生压力并影响水的温度。
你还需要 右星它不会在地球上释放过多的辐射，从而吹走大气并破坏生物体。 每颗恒星，包括我们的太阳，都在不断地释放出巨大的辐射剂量，因此保护自己免受辐射无疑对生命的存在是有益的。 磁场由地球的液态金属核心产生。
然而，由于可能有其他机制来保护生命免受辐射，这只是一个可取的元素，而不是必要的条件。
传统上，天文学家对 生命区（生态圈） 在恒星系统中。 这些是恒星周围的区域，普遍的温度可以防止水不断沸腾或结冰。 这个领域经常被谈论。 «兹拉托夫斯基区»因为“恰到好处”，指的是一个流行的儿童童话故事的主题（5）。
5. 恒星周围的生命区
到目前为止，我们对系外行星了解多少？
迄今为止的发现表明，行星系统的多样性非常非常大。 大约 XNUMX 年前，我们所知道的唯一行星是在太阳系中，所以我们认为小而坚固的物体围绕着恒星旋转，只有离它们更远的是为大型气态行星保留的空间。
然而，事实证明，根本没有关于行星位置的“定律”。 我们会遇到几乎与恒星摩擦的气态巨行星（所谓的热木星），以及由相对较小的行星组成的紧凑系统，例如 TRAPPIST-1 (6)。 有时行星在双星周围以非常偏心的轨道运行，也有“游荡”的行星，很可能是从年轻系统中喷出的，在星际空间中自由漂浮。
6. TRAPPIST-1 系统行星的可视化
因此，我们看到的不是密切的相似性，而是巨大的多样性。 如果这发生在系统层面，那么为什么系外行星的条件会类似于我们从直接环境中所知道的一切？
而且，甚至更低，为什么假设的生命形式应该与我们所知道的相似？
超类
根据开普勒收集的数据，2015 年，一位 NASA 科学家计算出我们的银河系本身 亿颗类地行星一、许多天体物理学家强调这是一个保守的估计。 事实上，进一步的研究表明，银河系可能是 10亿颗地球行星.
科学家们不想仅仅依靠开普勒发现的行星。 这台望远镜使用的凌日方法比地球大小的行星更适合探测大型行星（如木星）。 这意味着开普勒的数据可能有点歪曲像我们这样的行星的数量。
这台著名的望远镜观察到一颗恒星的亮度因一颗行星从它前面经过而出现微小的下降。 可以理解，较大的物体会阻挡来自恒星的更多光线，使它们更容易被发现。 开普勒的方法专注于小而不是最亮的恒星，其质量约为太阳质量的三分之一。
开普勒望远镜虽然不太擅长寻找小行星，但已经发现了相当多的所谓超级地球。 这是质量大于地球的系外行星的名称，但远小于天王星和海王星，它们分别比我们的星球重 14,5 倍和 17 倍。
因此，“超级地球”一词仅指行星的质量，并不指地表条件或可居住性。 还有一个替代术语“气矮星”。 根据一些人的说法，它可能更准确地用于质量标度上部的物体，尽管另一个术语更常用 - 已经提到的“迷你海王星”。
第一个超级地球被发现 亚历山大·沃尔尚 i 达莉亚·弗莱拉 周围 脉冲星 PSR B1257+12 1992年。 该系统的两个外行星是 恶作剧TY 福贝托 - 它们的质量大约是地球质量的四倍，太小而不能成为气态巨行星。
一个围绕主序星的超级地球已经被一个由 尤金尼奥河y 在 2005 年。 它围绕着 格利瑟876 并获得指定 格利泽 876 ä （早些时候，在这个系统中发现了两颗木星大小的气态巨行星）。 它的估计质量是地球质量的7,5倍，围绕它的公转周期很短，大约两天。
超级地球类中甚至还有更热的物体。 例如，2004 年发现 55 Kankri 是位于 17 光年外，以任何已知系外行星中最短的周期围绕其恒星旋转 - 只有 40 小时 55 分钟。 换句话说，巨蟹座 18 岁的一年需要不到 26 个小时。 这颗系外行星的轨道距离其恒星的距离比水星近 XNUMX 倍。
靠近恒星意味着 55 Cancri e 的表面就像是一个温度至少达到 1760°C 的高炉内部！ 斯皮策望远镜的新观测表明，巨蟹座 55 e 的质量是地球的 7,8 倍，半径略大于地球的两倍。 斯皮策的结果表明，大约五分之一的行星质量应该由元素和轻化合物组成，包括水。 在这个温度下，这意味着这些物质将处于液体和气体之间的“超临界”状态，并可能离开地球表面。
但超级地球并不总是那么狂野。去年 XNUMX 月，一个使用 TESS 的国际天文学家团队在距离地球约 XNUMX 光年的九头蛇星座中发现了一颗新的此类系外行星。 项目标记为 GJ 357 天 (7) 地球的两倍直径和六倍质量。 它位于明星住宅区的外缘。 科学家们认为，这个超级地球的表面可能存在水。
她说 戴安娜·科萨科夫斯克德国海德堡马克斯普朗克天文学研究所研究员。
7. 行星 GJ 357 d - 可视化
一个围绕矮星运行的系统，其大小和质量约为我们太阳的三分之一，温度低 40%，正在得到类地行星的补充。 GJ 357 乙 和另一个超级地球 GJ 357 秒. 该系统的研究于 31 年 2019 月 XNUMX 日发表在《天文学与天体物理学》杂志上。
去年 111 月，研究人员报告说，一个新发现的超级地球，距离我们 2015 光年，是“迄今为止已知的最佳栖息地候选者”。 XNUMX年由开普勒望远镜发现。 K2-18b (8) 与我们的家乡星球截然不同。 它的质量是它的八倍多，这意味着它要么是像海王星这样的冰巨星，要么是一个拥有密集、富含氢的大气的岩石世界。
K2-18b 的轨道距其恒星的距离是地球与太阳距离的七倍。 然而，由于该物体正在围绕一颗深红色的 M 矮星运行，因此该轨道处于可能有利于生命存在的区域。 初步模型预测，K2-18b 上的温度范围为 -73 至 46°C，如果该物体的反射率与地球大致相同，其平均温度应该与我们的相似。
– 伦敦大学学院的一位天文学家在新闻发布会上说， 安杰洛斯西亚拉斯.
很难像地球一样
地球模拟物（也称为地球双胞胎或类地行星）是环境条件与地球相似的行星或卫星。
迄今为止发现的数千个系外行星系统与我们的太阳系不同，证实了所谓的 稀土假说I. 然而，哲学家们指出，宇宙是如此之大，以至于在某个地方一定有一颗与我们几乎一模一样的行星。 有可能在遥远的将来有可能利用该技术通过所谓的人工获得地球的类似物。 . 现在流行 多元理论 他们还表明，地球上的对应物可能存在于另一个宇宙中，甚至是平行宇宙中地球本身的不同版本。
2013 年 40 月，天文学家报告说，根据开普勒望远镜和其他任务的数据，银河系中类太阳恒星和红矮星的宜居带可能有多达 XNUMX 亿颗地球大小的行星。
统计分布表明，它们中最近的距离我们不超过十二光年。 同年，开普勒发现的几颗直径小于地球半径1,5倍的候选星，被证实为宜居带内的环绕恒星。 然而，直到 2015 年，第一个近地候选者才被公布—— 埃及行星ę Kepler-452b.
找到地球模拟物的概率主要取决于您想要的属性。 标准但非绝对条件：行星大小、表面重力、母星大小和类型（即太阳模拟）、轨道距离和稳定性、轴向倾斜和自转、相似的地理、海洋的存在、大气和气候、强磁层。 .
如果那里存在复杂的生命，森林可以覆盖地球的大部分表面。 如果智能生命存在，一些地区可以城市化。 然而，由于地球上和地球周围非常特殊的情况，寻找与地球的确切类比可能会产生误导，例如，月球的存在会影响我们星球上的许多现象。
位于阿雷西博的波多黎各大学行星宜居性实验室最近编制了一份地球类似物候选名单 (9)。 大多数情况下，这种类型的分类从大小和质量开始，但这是一个虚幻的标准，例如，考虑到离我们很近的金星，它的大小几乎与地球相同，以及它所处的条件。 ， 我们都知道。
9. 有前途的系外行星——根据行星可居住性实验室的说法，地球的潜在类似物
另一个经常被引用的标准是地球模拟必须具有相似的地表地质。 已知最接近的例子是火星和土卫六，虽然在地表层的地形和组成方面存在相似之处，但也存在显着差异，例如温度。
毕竟，许多地表物质和地貌只是由于与水的相互作用（例如粘土和沉积岩）或作为生命的副产品（例如石灰石或煤）、与大气的相互作用、火山活动而产生的，或人为干预。
因此，必须通过类似的过程来创造地球的真正类似物，包括大气层、与地表相互作用的火山、液态水和某种形式的生命。
在大气的情况下，还假设了温室效应。 最后，使用表面温度。 它受到气候的影响，而气候又受到行星轨道和自转的影响，每一个都引入了新的变量。
另一个理想的生命地球类似物的标准是它必须 围绕太阳模拟运行的轨道. 然而，这个因素不能完全合理，因为有利的环境能够提供许多不同类型恒星的局部外观。
例如，在银河系中，大多数恒星比太阳更小、更暗。 其中一个在前面提到过 TRAPPIST-1，位于水瓶座 10 光年的距离，比我们的太阳小 2 倍，亮度低 1 倍，但在其宜居带内至少有六颗类地行星。 这些条件似乎对我们所知的生命不利，但 TRAPPIST-XNUMX 的生命可能比我们的恒星要长，因此生命仍有足够的时间在那里发展。
水覆盖了地球表面的 70%，被认为是我们已知的生命形式存在的铁条件之一。 很有可能，水世界是一颗行星 开普勒-22b，位于类太阳恒星的宜居带，但比地球大得多，它的实际化学成分仍然未知。
由天文学家于 2008 年进行 麦克拉·迈耶来自亚利桑那大学的对太阳等新形成恒星附近的宇宙尘埃的研究表明，20% 到 60% 的太阳类似物我们有证据表明岩石行星的形成过程与导致形成的过程相似地球的。
在2009是 艾伦老板 来自卡内基科学研究所的科学家认为，只有在我们的银河系中才能存在银河系 100亿颗类地行星h.
2011 年，美国宇航局喷气推进实验室 (JPL) 也根据开普勒任务的观测结果得出结论，大约 1,4% 到 2,7% 的类太阳恒星应该在宜居带绕地球大小的行星运行。 这意味着仅在银河系中就可能有 2 亿个星系，假设这个估计适用于所有星系，那么可观测宇宙中甚至可能有 50 亿个星系。 100 万亿.
2013 年，哈佛-史密森尼天体物理中心通过对额外开普勒数据的统计分析表明，至少有 17亿颗行星 地球的大小 - 不考虑他们在居民区的位置。 2019 年的一项研究发现，地球大小的行星可以围绕六颗类太阳恒星中的一颗运行。
相似图案
地球相似度指数 (ESI) 是衡量行星物体或天然卫星与地球相似度的建议指标。 它的设计范围是从零到一，地球的值是一。 该参数旨在促进大型数据库中行星的比较。
ESI 于 2011 年在《天体生物学》杂志上提出，它结合了有关行星半径、密度、速度和表面温度的信息。
由 2011 年文章的一位作者维护的网站， 阿布拉·门德斯 来自波多黎各大学，给出了他对各种系外行星系统的指数计算。 Mendesa 的 ESI 使用如下所示的公式计算： 图 10其中 xi 他们i0 是地外天体相对于地球的属性，vi 每个属性的加权指数和属性总数。 它建立在基础上 Bray-Curtis 相似指数.
分配给每个属性的权重 wi, 是可以选择以突出某些特征而不是其他特征或实现所需索引或排名阈值的任何选项。 该网站还根据三个标准对它所描述的生活在系外行星和系外卫星上的可能性进行分类：位置、ESI 以及将生物体保留在食物链中的可能性的建议。
结果表明，例如，太阳系中第二大 ESI 属于火星，为 0,70。 本文列出的一些系外行星超过了这个数字，还有一些是最近发现的 泰加登 b 在所有已确认的系外行星中，它的 ESI 最高，为 0,95。
当我们谈论类地宜居系外行星时，我们绝不能忘记宜居系外行星或卫星系外行星的可能性。
任何天然太阳系外卫星的存在尚未得到证实，但在 2018 年 XNUMX 月，Prof. 大卫基平 宣布发现围绕该物体运行的潜在系外卫星 开普勒-1625b.
太阳系中的大型行星，例如木星和土星，拥有在某些方面可行的大型卫星。 因此，一些科学家提出，大型太阳系外行星（和双星）可能具有类似的大型潜在可居住卫星。 足够质量的卫星能够支持类似土卫六的大气层以及表面的液态水。
在这方面特别感兴趣的是已知位于宜居带的巨大太阳系外行星（例如 Gliese 876 b、55 Cancer f、Upsilon Andromedae d、47 Ursa Major b、HD 28185 b 和 HD 37124 c），因为它们可能具有表面有液态水的天然卫星。
生活在红星还是白星周围？
凭借在系外行星世界近二十年的发现，天文学家已经开始描绘宜居行星的样子，尽管大多数人都关注我们已经知道的：一颗类似地球的行星绕着一颗像黄矮星一样的黄矮星运行。我们的。 太阳，归类为G型主序星。 那么更小的红色 M 星呢？在我们的银河系中还有更多？
如果它围绕红矮星运行，我们的家会是什么样子？ 答案有点像地球，而且很大程度上不像地球。
从这样一个假想行星的表面，我们首先会看到一个非常大的太阳。 考虑到轨道的接近性，这似乎是我们眼前所见的一倍半到三倍。 顾名思义，由于温度较低，太阳会发出红色。
红矮星的温度是我们太阳的两倍。 起初，这样的星球对地球来说可能有点陌生，但并不令人震惊。 只有当我们意识到这些天体中的大多数都与恒星同步旋转时，真正的差异才会变得明显，因此一侧总是面向它的恒星，就像我们的月球对地球一样。
这意味着另一面仍然非常黑暗，因为它无法获得光源——不像月球，它被另一面的太阳略微照亮。 事实上，一般的假设是，留在永恒白昼中的行星部分会燃烧殆尽，而陷入永恒黑夜的部分会冻结。 然而……不应该是这样的。
多年来，天文学家将红矮星区域排除在地球狩猎场之外，认为将地球分成两个完全不同的部分不会使它们中的任何一个都不适合居住。 然而，有些人指出，大气世界将有一个特定的环流，这将导致厚厚的云层聚集在阳光充足的一侧，以防止强烈的辐射燃烧表面。 循环电流也会在整个星球上散发热量。
此外，这种大气增厚可以提供重要的日间保护，防止其他辐射危害。 年轻的红矮星在其活动的最初数十亿年非常活跃，发射耀斑和紫外线辐射。
厚厚的云层可能会保护潜在的生命，尽管假设的生物更有可能隐藏在行星水域的深处。 事实上，今天的科学家认为，例如紫外线范围内的辐射不会干扰生物体的发育。 毕竟，地球上的早期生命是在强紫外线辐射的条件下发展起来的，我们所知道的所有生物，包括智人，都是从那里起源的。
这对应于我们已知的最近的类地系外行星所接受的条件。 康奈尔大学的天文学家说，地球上的生命经历了比已知的更强的辐射 Proxima-b.
Proxima-b 距离太阳系仅 4,24 光年，是我们所知道的最近的类地岩石行星（尽管我们对此几乎一无所知），接收的 X 射线是地球的 250 倍。 它的表面也会受到致命的紫外线辐射。
据认为，TRAPPIST-1、Ross-128b（在处女座距离地球近 1140 光年）和 LHS-XNUMX b（在鲸鱼座距离地球 XNUMX 光年）存在类似 Proxima-b 的条件。 系统。
其他假设关注 潜在生物的出现. 由于暗红矮星发出的光要少得多，因此假设如果围绕它运行的行星包含类似于我们植物的生物体，它们将不得不吸收更宽波长范围的光以进行光合作用，这意味着“系外行星”可能在我们看来几乎是黑色的（也可以看看： )。 然而，值得在这里意识到，地球上也有绿色以外的植物，它们吸收光的方式略有不同。
最近，研究人员对另一类天体感兴趣——白矮星，大小与地球相似，严格来说不是恒星，但在它们周围创造了一个相对稳定的环境，辐射数十亿年的能量，这使得它们成为有趣的目标。系外行星研究。 .
它们的体积小，因此可能是系外行星的大凌日信号，使得用新一代望远镜观察潜在的岩石行星大气（如果有的话）成为可能。 天文学家希望使用所有已建成和计划中的天文台，包括詹姆斯韦伯望远镜、地面 超大望远镜以及未来 起源, 哈布 i 卢瓦尔如果它们出现。
在这个奇妙扩展的系外行星研究、研究和探索领域中，有一个问题目前微不足道，但随着时间的推移可能会变得紧迫。 好吧，如果借助越来越先进的仪器，我们最终设法发现了一颗系外行星——满足所有复杂要求的地球的孪生兄弟，充满了水、空气和恰到好处的温度，这颗行星将看起来“自由” ，然后如果没有允许在某个合理时间飞到那里的技术，意识到这可能是一种折磨。
但是，幸运的是，我们还没有这样的问题。
