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阅读 5316 次 历史版本 0个 创建者:hcl112233 (2012/11/14 14:28:11)  最新编辑:hcl112233 (2012/11/14 14:28:11)
超级地球
拼音:Chāojí Dìqiú (Chaoji Diqiu)
同义词条:超级类地行星
超级稻他
 “超级地球”的效果图
  超级地球,也称超级类地行星,是指那些环境可能和地球类似、而质量通常为地球1到10倍的行星。“超级地球”其实是一种介于地球和天王星之间级别的行星,目前在宇宙空间的一些天区的特殊地方被发现到。在体积上,超级地球比典型的类地行星要大,还具有与地球相似的物理和其他动力学特性,所以也相对容易被探测到。由于可能存在地外生命或属于类似地球的“宜居行星”,“超级地球”一直是天文学界的研究热点。天文学者1995年首次发现太阳系外行星,目前发现的超级地球主要有格利泽876d、Gliese 581d、Gliese 581g、开普勒-22b、Gliese 667Cc、HD 85512b、GJ 1214b、Gliese 163c及HD 40307g等。科学家们普遍怀疑这类行星上可能存在水和生命,因此具有重大研究价值。 
 

太阳系恒星系统的组成

正在扩张的太阳系,美国宇航局拍摄
     正在扩张的太阳系

  据国外媒体报道,我们传统观念上理解的太阳系恒星系统的组成可以分为两个大类:第一个是气态行星类。比如木星土星海王星天王星等;另一个是岩质行星类,如我们的地球火星金星等由岩石构成。然而,我们进一步将视野放宽到宇宙空间中去,就会发现我们的太阳系似乎还相当独特,因为除了这两类行星之外不存在其他类型的行星,而我们太阳系中没有的,并不意味着在其他恒星系统中就没有。目前,天文学家已经发现了超过30个被称为“超级地球”的新的行星类别。

  在太阳系附近发现的超级地球,就为人类未来星际旅行乃至遥远的将来进行太阳系外行星定居点的开拓提供了一个非常好的选择对象。这类行星也同样具有一个活跃的核心结构,并能保持住一定的大气环境,而如果这类行星被探测到位于恒星周围的可居住带上,那将引起天文学家的高度关注。

  但是,有一点需要注意,一颗行星的可居住性是被定义为基于支持生命的基础上,而目前,地球是唯一一颗可居住的星球,所以我们仅仅能根据地球上生命的支持条件来反推一个星球的轨道和其他物理动力学特性是否具有这样一个水平。或句话说,目前只能说,只有具有地球这样的属性的星球,才能具备维持和发展高等智慧生物。  

超级地球类似地球的特征

美澳科学家发现类地行星
美澳科学家发现类地行星

  如果一颗星球被定义成“超级地球”,那这颗星球就有着较大的发展前景,因为具备了许多类似地球的特征。这些特征主要存在三个方面:行星的组成、版块构造的体现、行星磁场的存在。对于一个能维持生命的行星而言,液态水是一个高度且是优先事项,而如果确定这个事项呢?就要考察这颗行星的质量和轨道半径。

  比如HR 8799行星系统,中央恒星距离太阳大约128光年左右,具有1.5倍的太阳质量。整个系统到目前为止发现了四颗行星。较早发现的HR 8799b、c、d三颗行星轨道半径为24、38、68AU(AU为天文单位),第四颗HR 8799e行星是具有7倍木星质量的巨型气体行星。通过对凯克II望远镜红外自适光学系统辅助观测下,科学家可以检测这些系外行星的大气属性。

  迄今为止,有两个“超级地球”被天文学家列为重点观察对象:CoRoT-7b和GJ 1214b。这两个与众不同的行星给了我们非常大的想象空间,对他们的研究可以帮助我们了解这些行星的组成。版块构造在天体物理学家眼中是一个非常关键的角色,因为版块活动体现了行星核内部的活跃状态,同时也是地球物理演变的关键因素。另外,行星磁场的存在则是被认为是能保护行星上生命的重要屏障,致命的宇宙射线不仅对地球上的生命构成威胁,同样也会对可能存在的外星生物构成威胁。

  而“超级地球”是否存在以及何如何存在磁场是一个非常值得研究的课题。在一般情况下,一颗行星具有的磁场环境与这颗行星的核心运动有关。就像地球的磁场一样,是由于地球核中流动的液态金属所引发的,即铁和镍的对流产生的环球性的电流,进而产生地球磁场。

  最后,还有一项与生命至关重要的就是行星大气。具有大气结构的行星具备保护其上生存的生命,并且能保证生命的维持和演化发展。并且能形成与生命活动相关的化学属性。大气环境也可以保持行星上的分子不快速逃逸到宇宙空间中去,这同样也是衡量一颗行星具备生命发展条件的重要因素。

  科学家估计,在低质量恒星周围所存在“超级地球”可能也会具有稳定的轨道环境,如果观测发现其具有较大的样本基数,那么在可居住带上发现超级地球的可能性也是会增加。 

超级地球的研究发现 

格利泽876d

  2005年,科学家发现一颗被命名为“格利泽876d”的超级地球,它是迄今发现距离地球最近的系外“超级地球”。

  超级地球格利泽876d是超级地球的典型代表,鉴于超级地球相对较大的质量,它们与地球在物理特性上有着一定的差距。一份以Diana Valencia为主的团队针对格利泽876d的研究报告显示,使用经由检测行星及其相应质量的中天法所测得出来的半径,有可能推测出超级地球的组成结构。计算绕行格利泽876的行星所得出的范围,可以是在九千两百公里(约为地球半径的一点五倍)的固态行星到地核大到超过一万两千公里以上(约为地球半径的两倍)有着冰层覆盖表面的液态行星。在这半径的范围之内,超级地球格利泽876d的表面引力为~3.3g与~1.9g之间。巨大的表面引力(通常大过类海王星行星与类土行星,在某些情况下则大过类木行星)是超级地球一项众所周知的特性。温度

  首先是温度。由于这颗行星的红矮星“太阳”温度较低且光芒不足,因此即使它距离“太阳”的位置非常适中,地表温度也会很低。科学家估计这颗行星上的温度大约只有零下200℃,相当于天王星表面的温度,这么低的温度下,生命想要在上面生存几乎是不可能的事情。大气

  其次是大气。这颗行星上没有像地球一样包围在外的大气层,而且似乎也不可能再产生大气层,这和地球及木星、土星有很大出入。启示

  科学家从超级地球格利泽876d发现中得出一个重大启示。在银河系中,这种类似地球的行星似乎很“普遍”,只不过一直没有被发现而已。“这种‘超级地球’在银河系中应该很多,大约35%的恒星附近应该都有这种行星。”科学家格尔德如是介绍道。因此科学家打算利用重力显微镜重新扫视一遍银河系,借以发现曾经被遗漏的类地行星。  

开普勒-9b/9C

  北京时间2010年8月30日,据美国国家地理网站报道,根据美国宇航局开普勒空间望远镜的观测数据,一个新发现的太阳系外行星系统中可能隐藏着一个“超级地球”。
围绕开普勒-9运行的两颗土星大小的行星
围绕开普勒-9运行的两颗土星大小的行星

  开普勒空间望远镜于2009年3月升空,其设计旨在帮助寻找太阳系外行星。其工作原理是“掩星观测法”--当一颗或几颗行星通过其母恒星面前时,恒星的光被局部阻挡,其亮度会出现相应的轻微下降。通过开普勒望远镜前所未有的精确测光,它能检测出这种亮度变化并反推出掩星体,即行星的存在。

  在对开普勒望远镜过去7个月来的数据进行分析之后,一个来自哈佛史密松天体物理中心的科学家小组发现了两颗围绕一颗编号为“开普勒-9”的恒星运行的行星目标。该恒星距离地球约2300光年。

  其中一颗行星,编号为开普勒-9b,其围绕母恒星的公转轨道周期仅为19天。而另一颗,开普勒-9C,则要花费39天公转一周。

  研究人员发现这两颗行星的公转轨道具有周期性的快慢变化。这意味着这两颗行星之间陷入了“引力共振”--它们相互之间的引力互相作用,进而影响各自轨道特性。使用这些数据,研究人员得以计算出这两颗行星的质量。计算结果显示,这两颗行星都是较土星稍重的气态巨行星。

  但是当研究人员试着用这两颗行星的大小去解释中央母恒星发生的亮度损失时,它们惊讶地发现了另外一颗微弱的掩星体。检测到的这一微弱信号显示有一颗更小,轨道更靠近母恒星的行星存在于这一行星系中。其轨道公转周期为1.6天。这颗行星质量约相当于1.5个地球,并且是由岩石构成的类地行星。  

GJ 1214b

  2012年2月24日,天文学家证实宇宙中存在一种新的行星GJ 1214b。这颗系外行星还被称作“超级地球”,其大气层可能含有充沛的水蒸气或被厚厚的雾所笼罩。因此天文学家认为,那里可能有不同的物质存在。
“超级地球”GJ 1214b正在环绕着一颗红矮星运行。
GJ 1214b环绕着一颗红矮星运行

  报道指,美国天文学家用“哈珀”望远镜观察到了这颗类地行星,它距地球仅40光年,环绕着一颗昏暗的红矮星运行。GJ 1214b的直径约为地球的2.7倍,其质量是地球的7倍。该星球温度很高,可能达到230摄氏度,因此那里可能有不同的物质存在。

  这是人类发现的第一颗拥有大气层的“超级地球”系外行星,其他都是气体巨星。另据估计,这颗行星75%的表面区域是被水蒸气覆盖的,所以待在上面极有可能感觉像在“蒸桑拿”。但这已是人类作出此类观察后发现的温度最低的行星。

  哈佛大学史密松森天体物理中心的主要研究人员伯尔塔说:“GJ 1214b不同于我们已知的所有星球。”  

Gliese 163c

  北京时间2012年9月24日,美国太空网报道,科学家最新发现一颗外来行星,它可能是除地球以外能够支持生命存在的又一星球之一。新发现的“超级地球”名为葛利斯163c,位于它的恒星可居住区边缘--恰好适合液态水存在的合适距离。“葛利斯163c的各种结构和构成物等使得它成为一个可居住行星。” 法国约瑟夫傅里叶-格勒诺布尔大学的泽维尔·邦菲斯这样说道。他同时也指出该行星也存在几个可能不适合人类居住的条件。
超级地球葛利斯163c的艺术印象图
超级地球葛利斯163c的艺术图

  邦菲斯和一支国际天文学家小组利用高精度径向速度行星搜索器( HARPS )研究了近400颗红矮星,HARPS安装在位于智利的欧洲南方天文台拉西拉天文台的3.6米望远镜上。

  葛利斯163c是环绕恒星葛利斯163的两颗外来行星之一,后者位于距离地球50光年的多拉多星座。研究小组发现了第三颗行星可能存在的迹象,但目前还无法证实。据科学家称,葛利斯163c质量大约是地球的7倍,它可能是一个多岩石行星,或者是白矮化的气体巨星。

  葛利斯163c环绕在可居住区的内边缘,围绕母恒星,一颗比太阳还要昏暗的恒星,公转一周大约要26天。第二颗行星葛利斯163b公转周期只有9天,而第三颗尚未证实的行星则距离恒星有一段距离。

  从地球的角度,存在2%的概率葛利斯163c将从它的恒星以及太阳之间穿过。如果它的确发生,科学家将能够通过观测这颗行星从它的主星前经过而了解有关这颗遥远行星的更多信息。

  行星可居住性实验室中列出了6大可能适合人类居住的系外行星,自2011年9月科学家已经找到了其中4个。

  适合生命存在

  位于阿雷西博的波多黎各大学的行星可居住性实验室(PHL)记录了可能适合生命存在的外来行星的名单。最新发现的葛利斯163c位于名单上第五位。“我们发现了比以前更多的潜在适合人类居住的行星。”PHL的阿贝尔·门德斯这样说道。

  PHL的名单上列出的6颗行星候选者中,在过去一年就已经发现了4颗--开普勒-22b,葛利斯667Cc ,HD 85512b以及葛利斯163c。“这些行星很多都相对比较近,随着我们对地球大小的行星的敏感性不断提高,我们将发现更好更近的类地行星。” 门德斯这样说道。

  为了列出可居住行星的名单,门德斯和PHL的同事将这些行星与已知适合生命存在的行星进行对比。根据这些对比行星与地球的质量、直径和温度相似度而排名。外来行星的温度是科学家最难估计的问题。行星温度受到大气特征的严重影响,而科学家对大多数外来行星的大气环境并不熟悉。

  门德斯认为葛利斯163c可能的情景之一便是它拥有一片温暖的海洋,大气密度大约是地球的10倍。而这片全球海洋可能位于粉红色的密云覆盖的天空下。行星温度大约在140华氏度( 60摄氏度)左右,这样的高温不适合人类、复杂的植物或动物的长期暴露,但某些微生物可能能够适应这样的温度环境。但也有可能在葛利斯163c这样的高温环境下,任何顽强的生命形式都无法存在。

  同时,门德斯和同事打算继续利用HARPS搜寻其它适合生命存在的行星,希望能够在目前的条件下找到适合天文学家研究分析的天体。“尽管我们将来会建立宜居行星样本,然后利用下一代望远镜进行观测,但如果现在我们能够利用目前的观测技术分析定义一个行星,会更好。” 

HD 40307g

  2012年11月8日,天文学家发现一颗太阳系外行星,这个“超级地球”可能适合生物存活,而且与地球的距离只有约42光年,或许日后能透过望远镜直接观测。美国国家广播公司新闻网(NBC)报导,新发现的太阳系外行星HD 40307g,位于恒星HD 40307的“宜居带”内,与恒星距离适中,表面可能存在液态水。HD 40307g的质量是地球的至少7倍。
艺术家笔下的“超级地球”围绕恒星公转的模拟图
超级地球围绕恒星公转的模拟图

  “宜居带”是指行星距离恒星远近合适的区域。在这一区域中,恒星传递给行星的热量适中,行星表面既不太热也不太冷,有液态水存在的条件。

  HD40307属于恒星中的矮星,距太阳系约42光年,个头和亮度均小于太阳。2008年,研究人员在恒星HD 40307附近发现3颗行星。现在,借助欧洲南方天文台的望远镜,研究人员发现另外三颗行星,矮星HD 40307共有6颗行星。其中HD 40307g位于所有6颗行星的最外围。其余5颗行星距离恒星过近,表面温度可能太高,液态水无法存在,不宜居。HD 40307g是该星系最外围的行星,与恒星的距离平均为9000万公里。地球与太阳的距离约为1亿5000万公里。

  这个天文研究团队的成员来自英国赫特福德郡大学和德国哥廷根大学等机构。研究报告作者之一、英国赫特福德大学学者休·琼斯在一份声明中说:“这颗新行星较长的轨道意味着,它的气候和大气可能适合支撑生命。”这项研究成果将发表在《天文学和天体物理》期刊上。

  研究人员还推测,在围绕恒星运转的同时可能也在自转,并可能产生白天与黑夜循环以及与地球类似的环境。

  研究人员说,在天文学层面,这颗行星属于地球“邻居”,今后有望借助新一代天文望远镜直接观测。

  自上世纪90年代早期探测到第一颗太阳系外行星以来,天文学家已在人类熟悉的星系外发现超过800颗行星。但其中仅有很少数存在宜居的可能性。此前的一项天文学报告说发现了迄今已知离地球最近的太阳系外行星,离我们只有约4光年,但它的条件并不适合生命存在。

  有不错的宜居条件

  HD 40307g公转轨道平均半径为9000万公里,位于恒星“宜居带”的中间位置。作为宜居行星,地球距离太阳大约1.5亿公里。除去温度可能合适之外,这颗行星距离恒星足够远,从而避免与恒星陷入潮汐力锁定状态。潮汐力锁定是指一颗行星由于轨道靠恒星过近或者轨道没有倾角而导致行星一面永远朝向恒星的现象。

  在行星系统内部同样存在这样的情况,比如月球和地球就处于潮汐力锁定状态。赫特福德大学研究人员米科·图奥米说,没有潮汐力锁定“增加出现类地球条件的可能性”。

  不过,这颗行星的宜居性还没有得到证实。“如果不得不去猜,我会猜50%对50%的可能性,”他说,“此时此刻的事实是,我们不知道这是一颗大地球还是一颗更温暖、更小、没有固体表面的海王星。”  

其他宜居星球

  近几年,与太阳系外宜居星球相关的信息屡屡见诸报端。其中,有5颗行星也是热门候选。

  Gliese 581g,2010年9月宣布发现,是一颗岩态行星,距离地球大约20光年,公转周期大约30天,处于“宜居带”。

  Gliese 667Cc,2012年2月宣布发现,绕一颗红矮星转动,距离地球22光年,公转周期28天。

  “开普勒-22b”,2011年12月由美国航空航天局宣布发现,距地球600光年,直径是地球的2.4倍。专家推测这颗行星表面平均温度为22摄氏度。

  HD 85512b,2011年9月发现,距离地球35光年,表面平均温度估计为25摄氏度。

  Gliese 581d,2007年发现。这颗行星据推测存在温室效应,可能适合生命繁衍。

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