Gliese 876

在日外行星搜寻这场圈地运动之中,最值得珍视的房产莫过于打上了“类地”标签的行星。6月13日,星期一,科学家们急迫地将他们的旗帜插到了一颗红色恒星周围的一大块灼热岩石之上。 这颗新发现的行星大约是地球质量的7倍,因此成为了已被发现的、围绕着一颗主序星或“矮”星(类似我们太阳的恒星,燃烧氢元素而发光)公转的、最小的日外行星。 我们的太阳系外还有已知更小的行星,不过不幸的是,它们所围绕着的是脉冲星,即死亡恒星快速自转的残骸。这样的行星被认为根本不适合居住,因为脉冲星会释放出强烈的辐射。 十倍地球质量或者更小的行星被认为是由岩石构成的,而质量更大的行星大概是由气体组成,因为它们更强的引力意味着,它们能够在行星形成时聚集和保持更多的气体。目 前已有155颗日外行星被发现,但其中大多数的质量都与气体行星木星更加相当,跟岩石行星地球不在一个档次之上(木星的质量是地球的318倍)。 尽管这颗新行星由于它相对较低的质量而被打上了“类地”的标签,但地球人最近是不会想要在那里出租房屋的。原因很简单,房屋会熔化。这颗行星的表面温度被估计为摄氏200到400度(华氏400到750度),因为这颗行星距离它的恒星实在是太过亲密了。 这颗行星距离恒星Gliese 876仅有0.021天文单位(1天文单位是地球到太阳的距离),完成一周公转还不到2个地球日。我们太阳系中最靠近太阳的行星——炽热的水星——也比它远了将近20倍,轨道半径约为0.4天文单位。 “因为行星处于两天周期的轨道上,它被加热到烤箱一般的温度,因此我们确实不期待生命(的存在),”科学小组成员,华盛顿卡内基研究所的保罗·巴特勒(Paul Butler)说。 在我们太阳系中,可居住地带——温度刚好可以让液态水存在于行星表面的区域——大约为0.97到1.37天文单位,即介于金星和火星轨道之间。恒星Gliese 876大约比我们的太阳暗淡600倍,因此它的可居住地带要更加靠近恒星,大约介于0.06到0.22天文单位之间。 新行星处在0.021天文单位的距离上,远远不到可居住地带的下限,它还受到了更大量高能辐射, 例如紫外线和X射线的影响。尽管与类似我们太阳的恒星相比,Gliese 876这样的红矮星释放的紫外辐射水平较低,但它们确实释放着剧烈的X射线耀闪。 如此近距离轨道的另一个后果是,行星也许会被潮汐力锁定,总是以同一面朝向恒星。除非有厚实的大气层传播热量,这颗行星的一面将过于炽热,而另一面仍将保持寒冷。 Gliese 876被认为大约有110亿年之久了,使得它的年龄是我们太阳的两倍还多。但在某种程度上,Gliese 876还只是青少年,而我们的太阳已经是个中年人了。类似我们太阳的G型星大约可以存活100亿年,而M型红矮星被认为可以生存1000亿年(比宇宙 的年龄更悠久!)。 科学小组成员,加州大学伯克利分校的杰弗里·马西(Geoffrey Marcy)说,M型恒星花了很长时间冷却下来,收缩到它们的主序星大小,发光发热。他说如果行星是向内移居到现在这条近距离轨道之上的话,这种迁移大概是在最初的几百万年内发生的,然后在接下来的几亿年间, 行星遭受了比现在多得多的辐射的影响。 Gliese 876被认为是一颗贫金属星(对天文学家来说,任何比氢和氦更重的元素都被归类为“金属”)。行星的形成也许与恒星的金属丰度有关,因为恒星和行星都是在同样的原初物质中形成的。因此一颗由硅和铁元素所组成的类似地球的岩石行星,被认为会围绕着一颗富含金属的恒星运行。 尽管Gliese 876是一颗贫金属星,但它仍然拥有一个多行星系统。两颗已知的气体巨行星围绕着Gliese 876运行：最外侧的行星质量将近是木星的两倍,轨道半径为0.21天文单位；中间的行星约为木星的一半,轨道半径0.13天文单位。 “整个行星系统就像一个小号的太阳系,”马西说。“恒星小,轨道也小,最内侧的行星最小,刚好与我们太阳系的结构一样,最小的行星在巨行星内侧运行。” 我们的太阳系拥有更多的活动空间。水星距离太阳比这些行星的所有距离组合都远。Gliese 876系统中的行星是如此靠近,以至于它们的引力相互影响。这种引力拔河赛就是科学家们最早能够检测出些行星的原因。 在公转的过程中,行星的引力从不同的方向拉扯着它们的恒星。科学家们通过测量恒星光线中由此产生的谱线偏移,从而确定出这些行星的存在。 为了获取更多关于Gliese 876最小行星的认识,科学家们应该需要利用另一项行星搜索技术,即掩食测光法。这种方法可以测量一颗行星从我们视场中的恒星前面经过时,恒星光线的变化方式。公转行星的掩食使得天文学家们能够测量这颗行星的质量和半径。通过这些数据可以推算出行星的密度,然后可以推测行星的组成,判断行星究竟是岩石的还是气体的。 然而,掩食测光法无法告诉我们任何关于Gliese 876周围行星的情况,因为这个系统与我们的视平面倾斜了50度。这样的倾角意味着,这些行星不可能遮挡任何抵达地球的星光。 红矮星是我们银河系中最普遍的恒星类型,占据了全部恒星的70%。然而在150颗他们已经研究了数年的红矮星中,马西和巴特勒只发现了其中两颗有行星围绕。因为目前大部分被发现的行星都是气体巨行星,这可能意味着红矮星不太容易拥有此类行星。 马西说,他们将继续监测Gliese 876系统中第四或第五颗行星可能存在的任何迹象。“从现在起,它肯定将成为我们最关注的恒星之一。” 迈向终点线的赛跑介绍这项发现的学术论文已经投稿给了《天体物理杂志(the Astrophysical Journal)》。科学家们说他们收到了一份正面的初步审稿意见,他们期待他们的论文能在这几个月内被接收和发表。在周一的新闻发布会上,科学家们被问到,为什么他们决定现在公布他们的发现,而不是等到论文被接收发表之后。是为了击败那些可能紧跟在他们脚步之后的其他行星搜寻者吗？ 马西回应道,他们是想防止有关他们发现的消息被泄露出去。“我们三年前就知道了它的存在,我们安静地,谨慎地追踪着它,在保守秘密的同时,再二再三地做着检验。然后,大约一个月前,我与这里的迈克尔·特纳(Michael Turner)——NSF(国家科学基金会)的人进行了交谈,我们一致判断,这个发现是如此非同寻常,也许你可以称其为行星科学的一座里程碑,很难想像可以更久地压制住这个秘密。因此我们决定,与其让它被泄露到新闻界,被四下谣传,被某家报纸独家披露等等,还不如在这里及早公布更好。” 然后马西展开了辩护,解释了他相信自己的发现确实是正确的原因,他还很快得到了其他科学小组同事的支持。然而,他们发现的准确性并没有受到过质疑。也许他们较早地公布结果,以及此前对保密的要求,已经证明了行星搜寻领域从一开始就处于激烈的竞争之中。 第一颗日外行星的发现是1995年10月5日,由日内瓦天文台的迈克尔·麦耶(Michel Mayor)和戴德尔·奎罗兹(Didier Queloz)宣布的,马西和巴特勒在第二周就证实了这项观测。最近一次争夺日外行星“第一”的竞赛发生在去年夏天,2004年8月25日,麦耶、努诺·桑托斯(Nuno Santos)及其同事宣布发现了第一颗海王星质量的日外行星——当时,这是已知围绕着类日恒星运行的最小日外行星。在这项宣布之后不到一个星期,马西和巴特勒就公布了另外两颗海王星质量行星的发现。 麦耶及其同事们也研究过Gliese 876。在1998年6月的一次天文学会议中,麦耶和马西各自独立地宣布,检测到了围绕这颗恒星运行的质量较大的气体巨行星。马西和巴特勒率先追踪了这项发现,在2001年宣布发现了这颗恒星的第二颗气体巨行星。 开普勒任务(Kepler mission),预计2008年6月发射,将搜寻围绕着遥远恒星运行的类地行星。这项任务将质量介于0.5到2.0倍地球质量,直径介于0.8到1.3倍地球直径的行星,定义为地球大小的行星。介于2到10倍地球质量之间的行星,比如周一宣布的这颗行星,被定 义为大型类地行星。