比鄰星新發現:最接近地球的行星Proxima b

比鄰星新發現:最接近地球的行星Proxima b
藝術家想像圖。Image Credit: ESO/M. Kornmesser / Handout via Reuters / 達志影像
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2016年8月24號在國際期刊《自然》上刊登的一篇論文,將永遠改變行星與星際探索科研方向的發展。

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雖然人類仍未踏足太陽系內、地球以外的行星,到另外一個太陽系探索已經漸漸由科幻題目變成嚴肅的科學議題。

過去20年,隨著望遠鏡技術不斷提昇,科學家至今已發現了超過3,300個太陽系外行星,來自超過2,600個行星系統。1992年,人類首次發現環繞一顆脈衝星PSR B1257+12公轉的兩個行星Draugr和Poltergeist,其後於1994年再發現繞其公轉的第三個行星Phobetorz。1995年,人類首次發現環繞主序星51 Pegasi公轉的行星Dimidium。

天文學家希望找到接近地球又有可能孕育生命的系外行星。可是宇宙非常大,被發現的系外行星多半都離太陽系頗遠。截至今年8月23號,其中已被證實、離太陽系最近的系外行星是環繞紅矮星Gliese 687公轉的Gliese 687 b,離地球約14.77光年。可是這個行星的質量介乎16至20倍地球質量,應是類似於木星的巨型氣體行星,並非類地行星。

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Image Credit: Anglada-Escudé et al. 2016
左:綜合超過 16 年觀測數據發現的 11.19 天擾動週期。右:11.19 天週期訊號強達 99.9999% 。

2016年8月24號在國際期刊《自然》上刊登的一篇論文,將永遠改變行星與星際探索科研方向的發展。Guillem Anglada-Escudé帶領的團隊發現,離地球最近的恆星「比鄰星」(Proxima Centauri)有一個約比地球重30%的行星,他們稱之為Proxima b。由於比鄰星是最接近地球的恆星,離我們的太陽系只有約4.2光年,因此Proxima b將永遠是人類能夠到達的、最近的系外行星。更重要的是,Anglada-Escudé et al.發現Proxima b或位於比鄰星系統的適居帶。換句話說,液態水或能於Proxima b表面存在。

Anglada-Escudé et al.發現Proxima b是離地球最近又同時可能適合生命存在的系外行星,可謂同時滿足了科學家的兩個願望。因此,研究團隊非常謹慎地使用不同方法檢查他們得到的結果,最後得出一顆公轉週期約為11.19天的行星最有可能解釋其觀測數據。嚴謹的反複檢驗加上自我批判的科學精神,令這份刊登於自然期刊上的論文一夜成名,在科研界和科普界引起了人類探索系外行星可能性的激烈討論。

比鄰星是一顆十分暗淡的恆星,其表面溫度約為3,000度,是太陽的一半,而發光度只有太陽的千分之一左右。如果我們在Proxima b上,就會看到一個非常紅的太陽(本文封面圖片)。因為觀測非常困難,過去對於比鄰星有行星一說只停留在懷疑階段。不過,由於比鄰星只有太陽的12%重,體積約為太陽的萬分之三,而Proxima b卻比地球還重,而且距離比鄰星只有0.05個天文單位(是地日距離的5%),Proxima b對比鄰星造成的重力擾動就得以被現代天文望遠鏡探測到。

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Image Credit: Anglada-Escudé et al. 2016
研究團隊使用的數據精度很高,能夠測量比鄰星低於 2 m/s 的擾動速率。

Anglada-Escudé團隊由今年1月19號到3月31號幾乎每晚都觀察比鄰星,再結合2016年前收集到的、累積了16年的大量數據,使得他們能夠以高達99.9999%機率確定Proxima b的存在。他們觀察比鄰星的光譜,發現有一個週期約為11.19天的擾動。這就表示,當排除了恆星本身的活動所造成的擾動之後,必然有一個看不見的物體對比鄰星來回「拉扯」。

Anglada-Escudé et al.的分析顯示Proxima b的表面溫度介乎攝氏-50至-30度,如果行星擁有大氣層的話,在一定的氣壓下水能夠以液態保留於其表面之上。不過,比鄰星算是一顆活躍的恆星,其表面活動如閃耀等會令Proxima b暴露於比地球高400倍的X射線之中、平均磁場亦高達太陽的600倍左右,有可能破壞Proxima b的大氣。不過亦有研究指出類似系統的大氣流失量頗少,而且Proxima b因為太接近比鄰星,造成所謂潮汐鎖定現象,即Proxima b永遠以同一面面向比鄰星,就像月球永遠以同一面面向地球一樣。研究顯示這個潮汐鎖定現象有可能保護大氣免受高磁場破壞。

卡爾.薩根(Carl Sagan)說過,我們生於幸運的一個世代,能夠目睹科學以史無前例的速率發展。然而,人類未來能否飛到比鄰星探索,看看Proxima b上有沒有生命存在,就要看我們懂不懂得首先珍惜地球,我們在浩瀚宇宙中唯一的家園。

研究論文:Anglada-Escudé et al., A terrestrial planet candidate in a temperate orbit around Proxima Centauri

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責任編輯︰鄭家榆
核稿編輯:王陽翎