塔比星年长太阳一倍,外星文明如较早出现或将比人类先进几十亿年

星空天文   2017-08-14 12:12

塔比星年长太阳一倍,外星文明如较早出现或将比人类先进几十亿年

塔比星系统想像图。近处是塔比星F行星。

恒星的年龄是衡量其周围行星上是否有生命的一个重要条件。过于年轻的恒星会频繁地产生高能辐射,也就是所谓的耀斑,轰击其周围行星的表面。刚刚形成不久的行星轨道也是不稳定的。恒星若较为年长,那它们的行星虽有可能免除被耀斑炙烤的危险,却也往往长期暴露在致命的恒星辐射中。

塔比星系统(TRAPPIST-1),无疑是迄今人类发现的最撩人心弦的系外行星系统——那里至少有7颗类地行星,在围绕着一颗低温红矮星运行。塔比星离我们只有40光年。天文学家最近发现,塔比星已不年轻,它诞生在大约54亿至98亿年前,比太阳年长了差不多一倍。

塔比星周围的“七大奇迹”是早前由美国宇航局宣布发现的。这7颗类地行星中有3颗位于宜居带,表面可能有液态水。但所有7颗行星很可能都已被塔比星潮汐锁定,永久地将它们的一个半球朝向它们的主星。

在这7颗行星的发现之初,天文学家估计塔比星的年龄下限是5亿岁,因为塔比星的质量很小,只有太阳的8%。它需要至少5亿年时间才能收缩到只比木星大一点的最小尺寸。但这个年龄估计是不确定的。理论上,塔比星仍有可能几乎和宇宙一样古老。塔比星的7颗行星轨道是否稳定?生命是否有足够的时间在它们表面出现?是一直以来让人们魂牵梦绕的疑问。

但年长和宜居之间不能简单地划等号。年长的恒星产生的耀斑较少,塔比星和其它低温红矮星相比比较平静。但另一方面,由于其周围的行星和恒星距离非常近,它们已经在高能辐射中暴露了几十亿年。它们表面的大气和大量的水份可能已经散失。据估算,离塔比星最远的两颗行星——行星G和H,可能已经失去了大约一个地球海洋的水量。我们由此可以联想到太阳系的火星。火星是保留液态水的反例。火星过去曾经有大量的液态水,但今天这些水连同它大气层的绝大部分,都在太阳持续几十亿年的辐射中失去了。

塔比星年长太阳一倍,外星文明如较早出现或将比人类先进几十亿年

塔比星是一颗低温红矮星,位于宝瓶座。它拥有7颗行星,这些行星和塔比星的距离非常近。

不过主星的年长也并不意味着行星的大气必然会被侵蚀掉。塔比星周围行星的密度普遍低于地球,因此它们可能拥有更多的可挥发性分子——包括水,这些物质或许能够形成一种更加浓厚的大气,足以抵抗有害辐射,保护行星表面。浓厚的大气也有助于热量在被潮汐锁定的行星上扩散,使得它们的朝阳面和背阳面温差不致过大,进而增加宜居点。但是同样也有可能事与愿违。温室效应一旦失控,这些行星表面就会过热——变成另一个金星。如果这些行星上有生命,那么它们的生活必定十分艰难,因为它们要面对的是几十亿年的极端环境。

还好像塔比星这样的低质量恒星其温度和亮度会在非常长的时间内保持相对稳定,只是偶尔会被耀斑打断。塔比星这样的小恒星寿命可以长达上万亿年,远远超过宇宙当前的年龄。与之相比,我们太阳的预期寿命只有短短的100亿年。这是因为恒星的质量越大,燃烧得就越快。大质量的巨星有些只能存在几百万年,很快就会爆发成超新星。而塔比星这样缓慢燃烧的低质量恒星寿命是宇宙当前年龄的900倍左右。

来自美国加州大学Adam Burgasser和来自美国宇航局的Eric Mamajek通过测量塔比星环绕银河系运行的速度及其大气的化学成份、观测期内耀斑出现的次数,对塔比星的年龄作了推断。恒星环绕银河系的飞行速度越快通常意味着它的年龄越大,而其化学成份和耀斑出现频率也能够反映同样的事实。最终,所有的观测数据都指向它比太阳要年长得多。他们的研究结果发表在最近的《天体物理学期刊》上。

塔比星周围行星上究竟是否存在大气?如果存在大气,那么这些大气是否与地球相似?行星大气的形成和演化遵循着一些什么样的规律?它们在什么情况下会存在,在什么情况下又会消失?这些问题的答案仍有待未来威力更大的望远镜来解答。此外如果能够获得更加精确的行星密度数据,也会有助于我们了解它们的构成。

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