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NASA发现“另一个地球”

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发表于 2015-9-19 13:46:51 | 显示全部楼层 |阅读模式


NASA发现“另一个地球”怎样移居新地球

北京时间2015年7月23日晚,美国国家航空航天局(NASA)发布消息称:发现“另一个地球”,天文学家通过开普勒望远镜,发现了一颗与地球相似度高达98%的类地行星开普勒-452b,这一发现,是“人类寻找另一个地球的道路上里程碑式的发现”。这个“另一个地球”可能就是我们要移居的地球兄弟


随后,这颗名为开普勒-452b的行星迅速红遍全球并持续引发热议——“发现地球2 . 0”“地球脱‘单’了”“移民开普勒-452b”……一时之间,整个“地球村”的人似乎都沉浸在找到“同类”的兴奋中。



1400光年之外的“大表哥”


人类对太空的向往,几乎是一种亘古的情怀——在中国的上古神话中,嫦娥就因为服用了不死之药而飞到遥远的广寒宫,成为了月中仙子。

然而,此后琼楼玉宇,高处不胜寒,不老的美丽带给她的,是永恒的孤独。



NASA发现“另一个地球”67 / 作者:伤我心太深 / 帖子ID:20315,58854


与嫦娥一样,当人类将科技的触角延伸到宇宙时,当我们环顾茫茫太空却找不到同伴时,那种仿佛与生俱来的孤独让我们难以承受。正因为这样,我们才会对开普勒-452b燃起如此高昂的热情。

那么,开普勒-452b到底是颗什么样的星球?为什么NASA称它是一个“里程碑式的发现”?

对于这颗新发现的行星,NASA开普勒计划负责人乔恩·詹金斯是这样描述的:“我们可以把开普勒-452b看作地球的‘大表哥’,去理解和思考地球的演变环境。”

和地球相比,这个“大表哥”是个不折不扣的“老胖子”——它的直径是地球的1.6倍,年龄已经有60亿岁了,比地球老14亿岁。

这个“大表哥”居住在天鹅座,距离地球1400光年,也就是说,即使是光,都要走1400年才能到达这颗新发现的行星。


1400光年到底有多远呢?打个形象的比方,我们现在观测到的开普勒-452b的信号,相当于唐代建朝之初发射出的一束光,现在才刚刚抵达地球。

如果我们乘坐目前速度最快的“新视野号”探测器,以5.9万公里/小时的速度飞行,也要花2709万年才能抵达开普勒-452b——而人类在地球上的全部历史也不过短短数百万年。

那么,光年之远,人类是怎样探测出开普勒-452b这个“大表哥”的身材和年龄的呢?

目前,科学家们在探测系外行星时,主要采用凌星法。其探测原理是,当系外行星从我们的探测器前方经过时,由于行星会遮挡住部分恒星发出的光,这将造成恒星的亮度发生轻微减弱,因此,通过对这种轻微光变的探测,便可推知系外行星的存在。但凌星法也有一个缺陷:它只能测定系外行星的直径大小,而无法判定其质量。

在开普勒-452b的发现之旅上,还有一个“功臣”不应被遗忘——那就是开普勒太空望远镜。

开普勒太空望远镜是世界上第一个探测系外行星的航天器,由NASA下属的喷气推进实验室研制,它携带的最主要的科学仪器是光度计,并配备了一个直径95厘米的透镜。



NASA发现“另一个地球”75 / 作者:伤我心太深 / 帖子ID:20315,58854

自2009年3月7日发射升空后,开普勒望远镜对天鹅座和天琴座中约10万个恒星系统开展了观测,目的是搜寻太阳系外的行星,特别是搜寻与地球相似、由岩石构成、位于恒星宜居带上的行星,以研究银河系内行星系统的多样性。

所谓的宜居带,是指一颗恒星周围一定距离的范围。在这一范围内,水能以液态形式存在。由于液态水被科学家们认为是生命生存所不可缺少的元素,因此,一颗行星如果恰好落在这一范围内,那么它通常就被认为可能是宜居的。



另一个地球如何确定?10亿个“地球兄弟”里的开普勒- 452b



实际上,在系外行星的探测之旅上,开普勒-452b既不是开普勒太空望远镜发现的“首颗适合居住的类地行星”,也不是唯一一颗宜居行星,更不是最像地球的宜居行星。

早在2011年的12月,开普勒望远镜就发现了“首颗适宜人类居住的类地行星”——开普勒-22b。此后,仅开普勒望远镜确认发现的太阳系外行星就有1030颗,候选行星则多达4696颗,其中,有12颗行星位于宜居带且大小与地球类似,直径介于地球直径的1~2倍之间。


你可能会惊讶于地球的“兄弟”居然有12个之多,但科学家会告诉你——错了,宇宙中类似地球的宜居行星,可远远不止这12颗。


NASA负责开普勒望远镜项目的任务科学家、天体物理学家巴塔利亚介绍说:“对类地行星的估计结果表明,15%~25%的恒星拥有潜在的、处在宜居带的行星。这一估计结果,主要基于对围绕温度较低的恒星运转的行星所做出的发现。这些新发现显示,类太阳恒星的统计数字大致与红矮星估计数字一致。红矮星、橙矮星和黄矮星占银河系恒星的90%左右。按保守估计,这些恒星中的15%拥有一颗处在宜居带、大小是地球1至1.6倍的行星,那么用宇宙中的星系总数1000亿乘90%、再乘15%,也就是有140亿颗潜在的宜居行星。”

而与地球类似的行星,必须是围绕像太阳这样的黄矮星运行的,这样,才能保证其星球环境适宜人类居住。那么,这个数量又是多少呢?以太阳系周边33光年范围内的各类恒星构成为例:太阳系周边总共有357颗恒星,其中248颗是红矮星,44颗是橙矮星,20颗是黄矮星。这意味着,在上述的140亿颗行星中,大约有10亿颗行星围绕类似太阳的黄矮星运转。

也就是说,在宇宙中,可能有10亿个和地球大小相近、处在宜居带、表面可能存在液态水、围绕散发金色光芒的恒星运转的行星“兄弟”。



NASA发现“另一个地球”8 / 作者:伤我心太深 / 帖子ID:20315,58854


在这庞大的“兄弟”群中,开普勒-452b并非长得最像地球的一个。比如,2014年3月发现的开普勒-186f,其半径只有地球的1.1倍,同样也处于宜居带内,比开普勒-452b更接近地球的大小,只是其所环绕的恒星,没有太阳大,且光芒黯淡。



因此,我们不能说开普勒-452b与地球最为相似,它的特殊之处在于——开普勒-452b及其母星开普勒-452,是迄今发现的与地球和太阳最相近的“行星与恒星组合”,我们姑且可以将它形象地称为“太阳系2.0”系统。



从“另一个地球”到“另一个太阳系”


这个“太阳系2.0”系统,由恒星开普勒-452和行星开普勒-452b组成,刚好处于宜居带中,表面温度允许液态水存在。

在星际距离上,开普勒-452b与其母星开普勒-452的距离是1.57亿公里,和地球与太阳的距离类似;开普勒-452b围绕母星开普勒-452运行的公转周期为385天,接近地球的公转周期——这意味着,如果人类未来真的能移民开普勒-452b,那么,这颗星球上一年的时间也是300多天,我们将比较容易适应这种时间的轮替。

此外,新发现的开普勒-452及开普勒-452b系统的年龄约为60亿岁,与太阳系的年龄极为相似。

通常而言,太阳以及与太阳质量相当的恒星,一生中大致要经历原恒星-主序星-红巨星-白矮星-黑矮星等阶段。以太阳为例,经过近46亿年的“成长”,它现在已经发展到了主序星阶段的中年期,正值“壮年”。在这一阶段,它核心内部不断发生着恒星核合成反应,将氢聚变成氦。

在这一聚变的过程中,每秒有超过400万吨的物质被转化为能量,生成中微子和太阳辐射。目前,这一能量的释放过程较为稳定,这给人类的生存创造了条件。而如果能量的释放不稳定的话,恒星所爆发出的超级带电粒子风暴就会给人类带来灭顶之灾。

与太阳系类似,开普勒-452及开普勒-452b系统同样正值“壮年”,这使智慧生命的出现成为可能;此外,虽然目前还无法准确测量出开普勒-452b的质量,但根据理论模型推测,它可能是一颗岩石行星,质量可能是地球的5倍,也许存在空气和水,因此极有可能已经发展出了智慧生命。

未来,NASA将通过光谱分析法,推算出开普勒-452b的质量和密度,确定它是否是岩质行星。然后,通过光谱分析对它的大气成分进行研究,寻找开普勒-452b上是否有生命存在的信号(比如,在地球的光谱中,各种指示生命存在的信号——如氧气、液态水等信息,都有对应的峰出现)。

此外,对开普勒-452b的最新研究显示,它很有可能就是地球未来“老”了以后的样子——在开普勒-452形成后的最初50亿年内,开普勒-452b接收到的光照强度比地球弱,但现在它接收到的光照强度已经超过了地球。据此,科学家认为,随着太阳和地球年龄的增长,地球上接收到的光照强度极有可能也会像开普勒-452b一样逐渐增强,届时,它也许将变得更加炙热,将不再适宜人类居住。

实际上,对开普勒-452b以及其他类地行星的进一步探测和研究,不仅将帮助我们更好地预测地球的未来,寻找可能存在的“星际同伴”,并回答人类未来是否可以移民外星球等现实命运问题,而且也将有助于解答宇宙以及生命从哪儿来、将走向何方等长久困扰人类的问题。

不过,鉴于开普勒望远镜2009年才升空,数据累计只有短短几年,观测半径也只有数千光年,对于银河系10万光年的直径以及更加辽阔的宇宙而言,它仍然“看”得不够远、不够清晰。因此,在更深更远的宇宙里,必定还有更多更加惊人的谜题,在等待着我们去探索、去发现。答案究竟何时才能揭晓,让我们拭目以待!(责任编辑/和恩馨)



延伸阅读


外星人怎样才能找到地球人?


如果外星真有高等智慧生命存在,他们怎样才能在茫茫宇宙中发现地球?对此,科学家们进行了大胆的猜想和探索。

观测反光。2009年,美国国家航空航天局曾利用“深度冲击”太空探测器,以地外生命视角从遥远距离观测地球。研究人员发布的一份研究报告显示,利用镜面反射原理,其他行星上的“天文学家”可以借助地球洋面对光的反射,发现我们这颗蓝色“水球”。

美国航天局艾姆斯研究中心研究员泰勒·鲁宾逊称,研究人员重新分析月球火山观测感应卫星5年前收集的数据,发现从月球表面观测“月牙”状态下的地球时,可以观测到地球洋面反射的光线——此时,地球亮度是平时的两倍。研究人员把这种现象命名为“地球闪烁”。

其实,长期以来,研究人员一直在探索能否观测到其他行星的“闪烁”。而这项新研究启示我们,要观测“闪烁”,关键在于选择适当波长的光。这也为今后研制天文观测望远镜提供了新思路。

探测臭氧。臭氧也是生命存在的重要标志之一,由于臭氧在紫外线中容易被观测,所以也可以作为一种“生物指示器”。因此,科学家提出,今后研制的望远镜可以(侧重)观测紫外线。

地球的臭氧层能够吸收太阳辐射中的大部分有害紫外线,使地球生物免遭伤害,如同地球保护伞。因此,来自其他星球的“天文学家”如果能探测到大气层中的臭氧,就能找到我们这颗宜居行星。





怎样移居到“另一个地球”




近日,开普勒-452b的发现,不仅让科学家们沸腾了,全地球的人也都跟着“嗨”了起来,纷纷表示“移居新地球”有戏了。可是,这颗行星真的适合居住吗?人家麻雀虽小,好歹五脏俱全。这“地球”虽大,却不知“五脏”全不全?


生命的“创造者”


水是生命之源。早在公元前7世纪,古希腊哲学家泰勒斯就指出:“水是形成万物的始因,一切均由水产生,最后还原于水。”回顾地球的历史,自从35亿年前原始生命在海洋中诞生以来,生命与水便形影不离,无论是植物、动物或是人类,一切生命体都因有了水才得以产生和发展。

那么,开普勒-452b上有水吗?实际上,现有科技手段还无法证实系外行星上是否有液态水,只能根据系外行星与恒星之间的距离来估算行星上的温度,并根据温度范围推断是否有液态水的存在。根据美国宇航局披露,开普勒-452b可能拥有流动水,但也仅是可能而已。



NASA发现“另一个地球”27 / 作者:伤我心太深 / 帖子ID:20315,58854



心肺功能的“守护者”


大气层,是指由于受到星球引力影响,在星球表面积蓄而成的一圈气体。如果没有大气,来自太空的陨石将像超级炮弹一样,将地面的一切毁坏。而有了大气保护,绝大部分陨石尚未落地就会焚化殆尽。

除大气压外,大气还要拥有合理的成分和比例。比如,地球大气的主要成分氧气和氮气就维持着一定的比例。而一旦氧气含量过高,人就会发生“醉氧”,过低则会缺氧。此外,地球大气层中的微量气体也发挥着很大的作用,比如臭氧过滤掉了对人类危害最大的紫外辐射。新地球如果没有臭氧层,人类患皮肤癌的概率将大大增加。

那么,开普勒-452b上拥有大气层么?答案是未知的。因为就目前的探测手段来说,还难以确定系外行星是否拥有大气层,更难以判断大气的成分。


脚下的“支撑者”


适宜居住的系外行星必须有一个岩石质的表面,让人类可以生活在陆地也就是地面上。试想一下,没有了地面,我们将怎么走路?是直接在空中飘荡,还是无止境地自由体降落?另外,适宜居住的行星还需要有一个完美的磁场,可以屏蔽来自恒星和恒星际的高能带电粒子。

然而,开普勒-452b是否是岩石星球尚不明确。由于系外行星的质量越小就越难观测到,而对于直径比地球大、又大不太多的开普勒-452b,目前只能测定出其直径大小而无法判断质量,因此在缺乏密度数据的情况下无法判断它是否是一颗岩石行星。根据发现者的“合理”猜测,它极有可能是一颗岩石星球。但又有研究统计表明,绝大多数像它一样大小的行星都不是岩石星球。于是,我们也只能迷乱了。


能量的“掌控者”


系外行星所属的恒星,其能量释放要比较稳定(比如太阳的能量释放就十分稳定),否则人类在恒星爆发的超级带电粒子风暴面前只能坐以待毙。若是生存的星球时不时被撞一下,那人类在奔波生活之余,还要时刻担心人身安全问题,这种日子,光是想想都觉得恐怖。

在开普勒-452b头50亿年当中,它从主星得到的能量少于地球从太阳得到的能量,但现在它的亮度正在变得越来越高,温度也越来越热,远远超过了人类可以承受的范围。


行走的“保障者”


开普勒-452b的直径是地球的1.6倍,质量在地球的5倍以上。在这样一个星球上,重力大概是地球的两倍。

试想一下,假设你现在50kg,如果你在开普勒-452b上生活,就相当于需要在地球上时刻背着一个50kg的沙袋。这对于身体柔弱的人来说,可能是件极具挑战性的事儿。

不过,前宇航员约翰·格伦斯菲尔德表示,对于地球人而言,两倍重力也并非完全适应不了。毕竟,在地球上,从事搬运工、消防员等职业的人长期都在负重工作。因此,有研究人员认为,如果人类在这样的行星上繁衍生息,经过数十代乃至数百代的时间,也许会进化成一个更加强壮的族群。

水、大气、岩石、能量、重力……面对这么多过不去的“坎儿”,试问,你还敢移居到开普勒-452b这个“新地球”上吗?







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