智利歐洲南方天文臺發現大量「超級地球」(組圖)

2011-09-19 20:16

位於智利的歐南臺（ESO）的一臺行星發現儀器破記錄地打開了一個發現系外行星的百寶箱，包括50多個嶄新的外星世界裡的16顆‘超級地球’。

藝術家想像的一顆具有潛在居住性的系外行星HD 85512b，繞南半球的船帆座內的一顆恆星轉動

高精度視向速度行星尋找者（HARPS）是此類儀器中最成功的，它附屬於歐南臺的3.6米口徑望遠鏡，專門測量行星引力引起的恆星的擺動。行星的質量越小，擺動也越小。例如，在HARPS的靈敏度的極限值，它能夠探測到自轉速度僅為每小時4公里的恆星的多普勒漂移，這可能是兩倍地球質量的行星的引力引起的。雖然沒有一顆新發現的行星是這樣小，五顆行星比五倍地球質量小，一顆行星位於這顆恆星的宜居帶內。

這個潛在的可居住的世界是一顆3.6倍地球質量的行星（被描述為‘超級地球’，即比地球質量更大的），被稱為HD 85512b。它的軌道約為3900萬公里（0.26天文單位，或者約日地距離的四分之一），剛好位於宜居帶的內邊緣裡面，宜居帶的溫度應該適宜液態水在行星表面的存在。

「HD 85512b是唯一確實位於宜居帶內的行星，但另外幾顆距離它很近，」日內瓦天文臺的Francesco Pepe說，他領導了這些發現。然而，一顆行星是宜居的比僅僅處於宜居帶內，需要滿足更多條件－－例如，它必須擁有大氣層和碳循環－－即使那些條件滿足也不一定保證具有生命。進一步，較厚的大氣層適宜保留更多熱量，可能使得剛好位於傳統的宜居帶以外的行星更加適宜於潛在的生命形式。

「我們不是說宜居帶以外的行星就不可能是宜居的，」Lisa Kaltenegger說，她是系外行星宜居性方面的專家，來自馬克斯普朗克天文學研究所和哈佛史密松天體物理學中心。「宜居帶是我們能夠期望發現生命的地方，但在較冷的行星上是否有生命是一個有待繼續研究的問題。」

各種恆星的宜居帶的距離以及行星在恆星周圍的位置。紅矮星格利澤581有兩顆行星，確認恰好位於宜居帶的邊緣（第三顆尚未確認的行星不在上圖內，可能存在於宜居帶以內），而新近發現的HD 85512b位於宜居帶以內。然而，金星和火星也忝列在太陽的宜居帶以內這個事實說明位置並不保證宜居性。

總而言之，考慮到HARPS在其8年歷史裡發現的約150顆系外行星，這其中包括最近發現的一系列行星，再結合我們關於銀河系的知識，統計上30－50％的類太陽恆星具有一顆質量小於土星的行星，大多數比海王星質量小的行星似乎位於多重行星系統內。因此如果你發現一顆超級地球，你很可能將發現幾顆。

進一步，似乎在其它恆星周圍有30倍地球質量的行星。Lisa Kaltenegger指出這在太陽系內也是顯然的，在天王星（14倍地球質量）和下一個行星，土星（95倍地球質量）之間有一個巨大的質量間隔。「在30倍地球質量之上和之下的成員數量之間有一個差異，可能指向不同的形成機制，」Pepe補充說。

形成機制能夠解釋另一個令人驚奇的發現。這50顆系外行星所繞轉的恆星的成份不是單一的，代表了金屬丰度（天文學意義上指比氫和氦重的元素）的範圍。

「木星質量的行星非常普遍地存在於金屬丰度高的恆星周圍，在金屬丰度低的恆星周圍則少得多，」Pepe說。「這和小質量行星的情況不同，小質量行星在金屬丰度不同的恆星周圍出現的概率相等。」

這可能和氣態巨行星的形成機制有關。雖然它們主要由氫氣和氦氣組成，它們怎樣產生的理論需要質量為地球質量的10－20倍的巨大的岩態核快速地形成，在氣體能夠吸積到核上面之前。低金屬丰度的恆星系統沒有足夠的物質讓這些核快速地形成，而有足夠的物質讓較小的超級地球更加悠閑地形成。

結論顯示，我們對系外行星的尋找漸漸地到了一個轉折點。15年來，較低質量的行星很少被發現，更容易被發現的‘熱木星’佔據主導地位。現在，隨著美國宇航局的開普勒飛船和類似HARPS一類的儀器來臨，平衡被重新建立，我們進入一個發現小質量類地行星的數量遠遠超過大質量行星世界的新時代。發現另一顆地球可能僅僅是個時間問題。