我們人類曾經認為地球是宇宙的中心,日月星辰都在圍繞著地球轉動,但隨著對宇宙認知的不斷加深,人們卻逐漸意識到,地球其實是圍繞著太陽公轉的一顆行星,而太陽也只不過是銀河系中數千億顆恆星之中的一員。那麼,在其他的恆星周圍,會不會也有行星在圍繞著它們公轉呢?
1995年,這個問題有了確定的答案,因為在這一年裡,科學家首次發現了一顆圍繞類似太陽的恆星公轉的系外行星——飛馬座51,美中不足的是,這顆行星是一顆氣態巨行星,與我們的地球大不相同。所以人們自然會好奇下一個問題:在其他恆星周圍,會不會也有與地球類似的岩石行星呢?
由於類地行星的體積和質量都遠低於巨行星,其探測難度相對較高,因此在接下來的很長一段時間裡,科學家都沒有發現類地行星的有效方法,直到2009年,專門致力於探測系外行星的開普勒太空望遠鏡發射升空之後,這樣的情況才得到改變。
2011年,科學家利用開普勒太空望遠鏡首次在太陽系之外發現一顆類地行星——開普勒-10b,在此之後,一個又一個擁有類地行星的行星系統被不斷地發現,而在其中有一個行星系統特別引人注目,因為在這個奇異的外星世界裡,居然存在著7顆類地行星,並且有3顆都在宜居帶之中,並且其中還有一顆特別像地球。
這個行星系統的主恆星被稱為TRAPPIST-1,距離我們大約40光年,在天空中位於寶瓶座方向,2016年,科學家在這顆恆星附近發現了3顆類地行星,而根據當時的觀測數據,還有其他行星存在的跡象,所以這引起了科學家的重點關注。
在經過大量的觀測和分析之後,科學家於2017年確定了這顆恆星擁有7顆行星,並且這它們全部都是與地球類似的岩石行星,按照距離主恆星由近到遠的順序,這7顆類地球行星分別被命名為TRAPPIST-1b、c、d、e、f、g、h,除了TRAPPIST-1d和和TRAPPIST-1h明顯比地球小之外,其他行星的「個頭」都與地球差不多。
(TRAPPIST-1行星系統中7顆行星的具體數據)
與我們太陽系相比,TRAPPIST-1行星系統要「緊湊」得多,就算是距離主恆星最遠的TRAPPIST-1h,其公轉軌道的半長軸也只有大約0.062個天文單位,而在太陽系中,距離太陽最近的水星,其公轉軌道的半長軸卻有0.3871個天文單位。
但由於TRAPPIST-1是一顆比太陽小得多的紅矮星,其半徑約為太陽的0.12倍,質量只有太陽的0.09倍,其輻射光度遠遠低於太陽,因此TRAPPIST-1的宜居帶與主恆星的距離就比太陽系近得多。根據科學家的估算,TRAPPIST-1的宜居帶範圍大約在距離主恆星0.02至0.05天文單位之間。
觀測數據表明,TRAPPIST-1的7顆類地行星,有3顆在宜居帶之內,它們分別是TRAPPIST-1e、f、g,這就意味著,這些星球的表面都有可能存在液態水,而生命也可能在那裡存在。
值得注意的是,在這3顆類地行星之中,有一顆特別像地球,它就是TRAPPIST-1e,為什麼這樣說呢?這就要提到「地球相似指數」了。
簡單來講,地球相似指數就是一種用于衡量其他星球與地球的物理相似度的指標,該指標的取值範圍是一個從0(完全不相似)到1(與地球完全相同)的數值。地球相似指數是一個多參數的指標,它綜合了目標星球的半徑、密度、逃逸速度、表面溫度等等因素,其數值越接近1,就說明該星球與地球越相似。
在我們太陽系中,與地球最相似的星球是火星,其地球相似指數為0.70,而根據科學家的測算,TRAPPIST-1e的地球相似指數卻高達0.95,也就是說,在TRAPPIST-1行星系統的七顆類地行星中,TRAPPIST-1e存在生命的機率是最高的。
(TRAPPIST-1e的想像圖)
不過由於距離主恆星太近,RAPPIST-1行星系統中的所有行星其實都被「潮汐鎖定」了,這會導致行星一直以相同的一面朝向主恆星,而另一面則一直處於黑暗之中,進而造成其「向陽面」溫度過高,而「背陽面」溫度則會過低,導致星球上只有「晨昏線」附近的區域才有適合生命的溫度。
另一方面來講,RAPPIST-1是一顆紅矮星,由於這種類型的恆星的內部沒有「輻射層」,其內外層物質可以通過對流的方式進行暢通的交換,因此紅矮星的表面活動會比像太陽這種黃矮星劇烈得多,經常會出現大規模的耀斑,進而向附近行星釋放出大量的輻射,這生命非常不利。
很明顯,這樣的自然條件是不適合高級生命的生存和繁衍的,所以即使TRAPPIST-1e真的存在生命,它們也很可能只是一些簡單的生命,當然了,對於其他兩顆位於宜居帶的類地行星來講,情況也是如此。
值得一提的是,紅矮星的「壽命」通常可以達到幾千億、甚至上萬億年,這比太陽的「壽命」長得多,所以可以想像的是,假如在遙遠的未來,人類不得不離開太陽系,那TRAPPIST-1行星系統就可能是人類未來的好去處,畢竟這裡有7顆類地行星,還有一顆特別像地球,而對於有能力進行星際航行的人類來講,在這個奇異的外星世界中生存和發展應該是沒有問題的。