天文史上的今天：发现宜居带内且地球大小的系外行星

　　来源：星空早知道

　　2014年4月17日，美国宇航局宣布，“开普勒”空间望远镜首次发现了一颗运行在“宜居带”内，且大小与地球接近的系外行星。


系外行星Kepler-186f 示意图 来源：NASA

　　今天清晨，原定在北京时间6：32发射的下一代系外行星搜寻望远镜TESS的升空时间被推迟了，最新给出的发射窗口是在北京时间4月19日清晨。

　　TESS的发射是为了接替燃料即将耗尽的美国宇航局“开普勒”空间望远镜（Kepler），这台空间望远镜在系外行星搜寻方面可谓居功至伟，在迄今人类发现的3700多颗系外行星中，光是开普勒望远镜就发现了2700多颗。在不断取得的新发现中，人类逐渐朝着发现“地球2.0”接近。


原定于今日清晨升空的TESS探测器因故推迟到19日清晨发射来源：NASA

　　2014年4月17日，美国宇航局宣布，“开普勒”空间望远镜首次发现了一颗运行在“宜居带”内，且大小与地球接近的系外行星：Kepler-186f。

　　所谓宜居带，就是指在一颗恒星的周围，由于距离适中，水可以液态形式存在于行星表面的距离范围。由于目前的科学认识下，液态水体是生命存在的必须条件，因此运行在宜居带内的行星存在生命生存条件的可能性更高。比如地球就位于太阳周围的宜居带范围内。


太阳系的宜居带范围，可以看到地球和火星落在宜居带范围内来源：NASA

　　Kepler-186f的发现首次确认，在除了太阳之外的其他恒星周围，同样存在运行在宜居带内，且大小与地球相似的行星。

　　在Kepler-186f之前，科学家们也发现过运行在恒星周围宜居带范围内的系外行星，但这些行星无一例外都要比地球大出40%以上，它们的物质组成也难以确认，相比之下，Kepler-186f更容易让我们联想到地球。


2009年升空的开普勒空间望远镜在系外行星探测方面几乎处于垄断地位来源：NASA

　　不过，由于开普勒望远镜是通过凌星法观测发现系外行星的，也就是说，通过系外行星从恒星前方经过时遮挡恒星光芒而反推行星存在的，因此不难理解，对于开普勒望远镜发现的系外行星，我们只能测算其直径大小，而无法得知其质量，成分等其他信息。但根据其大小推算，科学家们倾向于认为这颗行星主要是由岩石构成的。

　　由于地球是我们目前所知道的，存在生命的唯一星球，因此我们别无选择，当我们在搜寻其他可能存在生命的星球时，我们当然会去刻意搜寻那些与地球存在类似之处的目标。从这个意义上讲，Kepler-186f这样一颗大小与地球接近，可很有可能由岩石物质组成，且运行在宜居带内的行星的发现，是一个很大的突破。


　　开普勒望远镜的观测天区很小，位于天鹅座方向，就是图中的小方块区域。但就是这么小小一块区域，开普勒望远镜已经发现了数以千计的系外行星 　　来源：NASA

　　Kepler-186f属于Kepler-186恒星系统，位于距离地球大约500光年外的天鹅座方向。恒星Kepler-186本身的质量只有太阳的一半左右，这类小质量恒星被称作红矮星，或者根据其光谱型称作M型行星，这类恒星大概要占到银河系内全部恒星数量的70%左右，属于最常见的恒星类型。

　　而在这颗恒星的周围，除了Kepler-186f之外，目前已经发现还存在其他至少4颗行星，编号分别是Kepler-186b， Kepler-186c， Kepler-186d 和Kepler-186e。


　　右侧：Kepler-186系统与太阳系的对比；左上角：地球与系外行星Kepler-186f的对比 　　来源：NASA

　　Kepler-186f围绕恒星运行一圈大约需要130天（一年），从恒星接收到的热量大致相当于地球从太阳接收到热量的1/3。如果你站在Kepler-186f的表面，即便在正午“太阳”最高的时候，这个“太阳”的亮度大约也只相当于地球上傍晚我们的太阳落山之前一小时左右的那种亮度。

　　而相比之下，该系统内另外4颗行星距离恒星太近，公转周期分别只有4天，7天，13天和22天，这样的距离上温度太高，不可能适合生命生存。


　　系外行星的凌星法观测原理：行星通过视线方向时，造成恒星亮度的下降。行星直径越大，造成的亮度下降越明显 　　来源：NASA

　　当然，仅仅基于其位于宜居带范围内就断定其存在适合生命生存的条件也是鲁莽和草率的。因为真正决定温度环境的因素其实有很多，比如你有没有大气层，大气层的成分是什么等等。

　　但关于这个问题的答案，我们需要等待新一代探测器的升空，比如计划在2020年发射的詹姆斯?韦伯空间望远镜，它的超级分辨率将有望让我们获取遥远系外行星的大气光谱信息，甚至直接拍摄它们的图像。


　　美国宇航局探测系外行星路线图。期待这两天的TESS探测器，以及2020年詹姆斯?韦伯望远镜的升空 　　来源：NASA