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兩顆具有潛在適居性的行星也具有類似地球的穩定傾斜

研究表明,這顆系外行星的軸向傾斜非常穩定,非常像地球。這暗示將有類似地球的規律季節和穩定氣候。開普勒-186f距離地球500光年。另一個更遙遠的行星叫做開普勒62f,它是一顆超級地球的行星,研究人員認為這個行星的氣候和常規季節也是穩定的。近期發表在《天文期刊》(Astronomical Journal)上的論文指出,兩顆具有潛在適居性的行星也具有類似地球的穩定傾斜,這使它們適合生命存在的可能性進一步提高。

 

類似地球

開普勒-186f的想象圖

這兩顆行星被稱為開普勒-186f和開普勒-62f,分別距離地球550和990光年。開普勒-186f發現于2014年,是第一顆在太陽以外的恒星系統中發現的適居帶半徑與地球相近的行星。相比之下,開普勒-62f的質量是地球的2.8倍,相當于一顆大號地球。“我們已經知道,這兩顆系外行星很可能由巖石組成,而且它們位于適居帶中,意味著行星表面可能存在液態水,”研究第一作者、佐治亞理工學院助理教授李公潔說,“我們正在設法進一步限制這兩顆行星的可居住性條件,以更好地了解它們承載生命的可能性。”

行星的自轉軸本質上決定了恒星發出的熱量和輻射在到達行星時如何分布。有些傾斜軸角會使熱量分布相對適中,另一些則會導致非常極端的環境出現。此外,行星的傾斜軸有時還會來回擺動,擺動幅度越大,恒星輻射分布的變動就越大,從而影響行星的大氣環流和氣候。

“目前尚不清楚自轉軸的變化和氣候變化對生命存在的真正影響,極端環境中也可能產生更強大的生命形式,但穩定的環境或許是更好的生命開始方式,”李公潔說道。

舉例來說,科學家認為傾斜軸角正是火星失去濃密大氣層的原因之一。盡管火星位于太陽系的適居帶內,但在過去40億年中,它從一顆溫暖、濕潤的行星變成了一個寒冷、干燥的紅色“地獄”。火星的傾斜軸角變化范圍很大——從0度到60度,這種不穩定性使其無法保留住較厚的大氣層。相比之下,地球的傾斜軸角只在22.1度和24.5度之間變化,并且大約每1萬年才變化一次。這也是生命在我們這顆藍色星球上存在時間如此之長的原因。研究共同作者、哈佛-史密森天體物理中心的單玉通還指出:“如果沒有一個如此巨大的月球,那么地球的傾斜軸角將會更加不穩定。至少對地球而言,月球具有某種穩定效應。”

科學家之所以對開普勒-62f和開普勒-186f特別感興趣,原因是它們距離母恒星要比地球和火星與太陽的距離遠得多。“同樣重要的是,”單玉通說,“自轉軸動態變化在多行星系統中是最豐富的,因為這種變化是由行星之間的引力相互作用引起的。開普勒-62f和開普勒-186f都位于5行星系統中,而我們對系統中的其他行星也很了解,因為它們都要經過母恒星。”

經過計算,兩位作者根據已有的數據進行了一些模擬,發現這兩顆行星的傾斜軸角都相當穩定,盡管二者都沒有自己的衛星。在各自的恒星系統中,兩顆行星都只有很少的相鄰行星,因此它們不用面對可能引起自轉軸不穩定的引力作用。“這對依賴于行星長期穩定才能出現和生存的生命形式而言,是一個不錯的消息,”單玉通說道。

李公潔認為,這種對自轉軸的動態分析“可以很容易地應用于其他系外行星系統”,并且有助于預測或否定其他行星的適居性。

“我認為令人興奮之處在于,”開普勒-62f的發現者、華盛頓大學的天文學家埃里克·阿格爾(Eric Agol)說,“這類動態研究可以與真實系統聯系起來。現在我們終于有了描述這種多行星系統特征的方向。很多時候這是做理論工作的一個問題——有太多參數需要考慮了,但我們并不總是清楚哪些目標是(對于適居性)最有希望的,哪些不是。”

麗莎·卡爾特內格(Lisa Kaltenegger)是康奈爾大學卡爾·薩根研究所的負責人,也是開普勒-62f(和開普勒-62e)的發現團隊成員,她認為這項新發現是有關傾斜軸角對系外行星適居性討論的一部分,但她強調,“其他行星上發展出來的生命……應該能夠適應任何的傾斜軸角。如果地球具有不同的傾斜軸角,那生命也可能有不同的演變,但沒有人知道是否會出現本質上的差異,以及我們是否只能生活在我們所處世界的不同地方。”

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