科學家發現地球附近或可適居的系外行星

Scientists find potentially habitable planet near Earth
http://www.physorg.com/news204999128.html

September 29, 2010

一個由 University of California, Santa Cruz（UCSC）以及 Carnegie Institution of Washington（華盛頓卡內基研究）的天文學家所領導的行星獵人團隊宣佈，他們發現如一顆地球般大小的行星（質量為地球三倍）繞行附近一顆恆星，其距離恰好位於該恆星的「適居帶（habitable zone）」中間，在這種距離下，液態水可能存在於行星表面上。如經證實，這將會是迄今所發現最像地球的系外行星（exoplanet），也會是第一個可能適居的有力例證。

對天文學家來說，「可能適合居住的（potentially habitable）」行星是一顆能夠維持生命的行星，不盡然是一個適合人類生活的地方。適居性端賴諸多因素，不過液態水與大氣是其中最重要的。

"我們的發現為可能適居的行星提供一個非常令人信服的例子，" Steven Vogt 表示，UCSC 天文學與天體物理學教授。"「我們能這麼快以及在如此靠近之處發現這顆行星」這個事實，告訴我們像這樣的行星必然很常見。"

這些發現是基於在夏威夷 W. M. Keck 天文台 11 年的觀測。"先進技術結合老式地面望遠鏡仍舊引領著系外行星革命，" 卡內基研究所的 Paul Butler 表示。"我們發現潛在適居世界的能力現在僅受限於我們使用望遠鏡的時間。"

Vogt 與 Butler 領導 Lick-Carnegie Exoplanet Survey 計畫。該團隊的新發現將發表在 Astrophysical Journal 且已在 arXiv.org 上線。共同作者包括助理研究員 UCSC 的 Eugenio Rivera；Hawaii-Manoa 大學的助理天文學家 Nader Haghighipour 以及田納西州立大學的研究科學家 Gregory Henry 與 Michael Williamson。

這篇論文報告二顆新發現的、繞行 Gliese 581 這顆紅矮星附近的新行星。這使得這顆恆星已知行星總數達到六顆，這是除了我們太陽系之外，在行星系統中所發現數量最多的一個。如同我們的太陽系，這些行星以近乎圓形軌道環繞 Gliese 581。

二顆新行星中最有趣的是 Gliese 581g 這顆，其質量為地球三到四倍，其軌道週期（orbital period）不到 37 天（地球日）。根據 Vogt 表示，其質量暗示它或許是顆由岩石構成的行星，具有明確的表面還具有足夠的重力以維持大氣。

Gliese 581，位於牡羊座星區（constellation）中，離地球有 20 光年之遙，其「適居行星主張」的歷史有點多變（checkered）。該系統二顆先前被發現的行星位於適居帶邊緣，一個在熱邊（planet c），一個在冷邊（planet d）。雖然某些天文學家仍認為，如果 planet d（Gliese 581 d）的大氣稍厚同時具有強烈的溫室效應能使其變暖，它很可能也適合居住，而其餘人則持懷疑態度。然而，新發現的 planet g（Gliese 581 g）則位於適居帶中間。

"我們有行星在適居帶兩邊 -- 一個太熱而一個太冷 -- 現在我們有一個在中間，位子剛剛好，" Vogt 說。

這顆行星被恆星潮汐鎖定（tidally locked），意思是它有一面總是面向恆星並在永晝中曬著太陽，而另一面則背對恆星，處於永夜之中。根據 Vogt 表示，影響之一是，該行星的表面氣候穩定。該行星最適合居住的地帶將位於陰暗與光明之間（稱為「晝夜界線（terminator，晨昏線）」），朝著暗邊的表面溫度會遞減，朝著亮邊的溫度則會遞增。

"任何浮現的生命形態將有寬闊的穩定氣候區域供選擇並到處演化，端看它們的經度，" Vogt 表示。

研究者估計，該行星的平均表面溫度位於攝氏 -31 到 -12 度之間。實際溫度可能從面向恆星那側的炙熱到黑暗面的凍寒。

Vogt 表示，如果 Gliese 581g 的岩石組成類似地球，其直徑將大約是地球的 1.2 到 1.4 倍。表面重力將會與地球相同或稍高，所以人類可輕易在上面行走。

這些新發現是基於使用夏威夷 W. M. Keck 天文台 Keck I 望遠鏡上的 HIRES 光譜儀（由 Vogt 設計），對 Gliese 581 進行 11 年的觀測上。此光譜儀能精確測量該恆星的徑向速度（radial velocity，其沿著「從地球上看過去的直線」的運動），那能揭露行星的存在。一顆繞行行星的重力拉扯會導致宿主恆星之徑向速度的週期性變化。多顆行星將使得該恆星的運動呈現出複雜的擺動（wobbles），而天文學家能利用精密分析偵測行星，並測定其軌道與質量。

"要發現像這樣子的行星真的很難，" Vogt 說。"每次我們測量徑向速度，都要耗在望遠鏡上一整晚，而且那得以大約每秒 1.6 公尺的精確度進行 200 次以上的觀測，才能找到這顆行星。"

為了獲得這麼多次的徑速度測量（總共 238 次），Vogt 的團隊將他們的 HIRES 觀測與 Geneva 天文台所領導的另一個小組（HARPS, the High Accuracy Radial velocity Planetary Search project）所發表的資料結合。

除了徑速度觀測外，共同作者 Henry 與 Williamson 利用田納西州立大學的機器望遠鏡，進行精確的、夜復一夜的恆星亮度測量。"我們的亮度測量證明徑速度的變化是由新的公轉行星，而非恆星內部任何自身過程所致，" Henry 表示。

研究者們也探索了「至少有顆可能適居行星」的恆星數量與這項發現的牽連。給定由行星獵人所小心監測的、數量相對較小的恆星，這項發現很快就變得很驚人。

"如果這很罕見，我們不應該這麼快就找到一個而且這麼靠近，" Vogt 說。"可能適居行星的系統數量也許在百分之 10 或百分之 20，但當你乘上銀河系中數千億顆恆星，那會是龐大數目。這些系統在我們星系中可能會有百億個。"

※ 相關報導：

＊ Gliese 581 g - Wikipedia
http://en.wikipedia.org/wiki/Gliese_581_g

＊ The Lick-Carnegie Exoplanet Survey: A 3.1 M_Earth Planet in the Habitable Zone of the Nearby M3V Star Gliese 581
http://arxiv.org/abs/1009.5733

Steven S. Vogt, R. Paul Butler, Eugenio J. Rivera,
Nader Haghighipour, Gregory W. Henry, Michael H. Williamson
arXiv: 1009.5733v1 [astro-ph.EP]

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