寻找太阳系外行星

作者: 庾晋

千百年来,人类遥望星空,希望在浩瀚的宇宙中能找到和自己一样的高等智慧生物。那些闪闪发光的恒星是不可能有生命存在的,所以人们只好把目光投向太阳系外行星。

太阳系外行星是指在我们的太阳系外围绕一颗恒星转动的行星,由于行星不发光,只是反射恒星的光,而且相对来说体积和质量都小,因此不容易被发现。随着科技的进步,迄今已有大约145颗太阳系外行星被发现。

发现系外行星踪迹

米切尔麦耶是著名的天文学家,1995年他与同事一起在飞马座发现了围绕一颗恒星转动的行星。这是人类有史以来第一次发现系外行星,从而证实了科学家“宇宙中也存在行星”的猜想。他因此被誉为“太阳系外行星之父”。

近两年来,太阳系外行星不断被发现,2004年,欧洲天文学家和美国航空航天局分别发现三颗太阳系外行星。

新发现的这三颗行星有一个共同点,就是与恒星的距离非常近,比水星和太阳间的距离还要近很多。那么根据经典的行星形成理论,在如此近的距离下,大部分的轻元素(氢和氧)将被恒星的光辐射吹走,剩下的将是较重的元素。因此科学家认为,这些新的太阳系外行星很有可能是岩石构成的,或是由岩石和冰构成,这都与地球更类似,而与木星不同(木星主要由气态的氢和氦构成)。

探测行星的物质

要想知道外行星上是否有生命存在,首先要探明外行星上有哪些物质,看它是否适合生命生存。

首先,意大利的科学家利用射电望远镜,在太阳系外行星上发现了水的踪迹。他们观察了17颗有可能存在行星系统的恒星,他们观察的重点是寻找水辐射。水辐射是指当行星受到恒星的红外线照射时,行星大气层中的水分子会发出一种微波辐射,通过寻找这种辐射,就能确定水的存在。在观测中,科学家发现有3颗恒星的行星系统存在这种辐射。

发现系外行星上有水的并不止他们。美国的天文学家发现了一颗遥远的太阳系外行星,这颗行星十分“怪异”,它的表面虽然炽热无比,却有云和含铁的“雨滴”。这颗行星绕着距离它5 000光年的一颗恒星运转。当它通过恒星和架设在地球上的望远镜之间的区域时,会有微弱的昏暗光线,科学家就是通过探测这一丝光线发现了它。

生物生存所必需的其他物质也慢慢被发现。2005年2月,美国的一家科学研究利用“哈勃”太空望远镜,首次在一颗系外行星的大气层中发现氧元素和碳元素。这颗行星与恒星间距离仅有约700万千米。在恒星的加热下,这个巨大的气体行星表面温度高达1 000摄氏度,大气层上部存在碳和氧。碳原子和氧原子形成一个橄榄球形状的椭圆体包裹在行星的外围,并以极快的速度向外部空间蒸发和流溢。

贵重的钻石星球

除了发现生物生存所必需的物质以外,人们在系外行星上还发现十分贵重的物质,那就是钻石。2005年4月,美国科学家分析认为,在至今已发现的100多个太阳系外行星中,有一些由富含碳的气体和尘埃组成的。在高温和高压条件下,这些行星上很可能存在着厚达数千米的钻石层。

有一种理论一直认为,当白矮星的内部冷却到足够温度的时候,它的内部将会结晶化。但是当白矮星冷却后,将不会储存任何热量,因此很难被探测到。所以要探测到钻石,就要趁白矮星还没有彻底冷却,这时白矮星的内部已经开始“钻石化”,但它的表面还能探测到光和声音频率。观测到白矮星的“脉搏跳动”后,科学家再用与研究地球内核类似的方法,来研究白矮星的内部是否存在钻石。

通过这一方法研究得出的数据,科学家发现,一颗叫做“BPM 37093”的白矮星的核心部位就是一颗闪烁的钻石,而它的重量高达令人瞠目结舌的1!1034克拉。

奇怪的“偏心”现象

过去所发现的系外行星大多数都在椭圆轨道中运转,而且它们都有一个奇怪的现象———“偏心”现象,也就是被行星环绕的恒星偏离了椭圆轨道的轴心,这造成了许多行星与其所围绕运转的恒星有时候特别近,有时候又特别遥远。

天文学家认为,“行星散射”应该是造成行星偏心轨道的原因。在行星运行时,十分接近的两颗行星间会突然产生引力作用,从而引发一种弹弓效应,使两颗行星会各自反弹开来,而导致偏心轨道。

为了更好地理解这种现象,天文学家根据目前的轨道状况开发出了一个精确的行星轨道电脑模型,将某一个恒星系统退回到几万年前的样子,结果发现了现在已经脱离了该系统的一颗行星。经过模型演示,这颗行星是由于与一颗外侧行星走得太近,在一次引力斗争中,把那颗外侧行星“踢”进靠近恒星更近的轨道,使其成为一颗中间的行星,而自己则被推离了系统。被踢入中间轨道的那颗外侧行星,最初是在一个近圆的轨道运行的。但随着时间的推移,外侧行星的骚扰最终让这颗行星的轨道逐渐变成一个偏心的轨道。尽管如此,大约每7 000年的时间,中间行星又会逐渐回到近圆轨道。

寻找类地球行星

目前,天文学家已发现的太阳系外行星,大都是像木星一样的气状行星,被认为不适宜高级生命的存在,所以科学家一直都在努力地寻找类地行星。

2004年8月,瑞士天文学家新发现了一颗迄今已知质量最小的太阳系外行星,据推算,质量仅相当于地球的约14倍,像极了地球!这颗外行星与其恒星间的距离不到地球与太阳间距离的十分之一,以它和恒星间如此近的距离,如果是气体行星,它的质量和体积一定要比现在大很多。因此,它应该是个有很厚大气层的岩石行星。在太阳系中,地球、火星、金星和水星都属于岩石行星。

太阳系外行星探测工作即将进入一个全新阶段,天文学家认为在不远的未来,有可能在太阳系外发现比地球只重5倍的更小行星,人们很快就能知道我们的太阳系在宇宙中究竟是独一无二的,还是有着很多其他类似星系。