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周濟林 不久前，在“造就Talk”演講中，南京大學天文與空間科學學院院長周濟林為我們講述了人類不斷尋找宜居系外行星的歷程。 什么樣的行星是宜居的 今年4月16日，美國國家航空航天局發(fā)射了一顆巡天衛(wèi)星，名為TESS（凌日系外行星巡天衛(wèi)星），它的主要目標是尋找更多的系外行星。 為什么我們已經生活在地球這個安定的星球上，卻仍然要去尋找適合人類居住的行星？因為人類不可能永遠生活在這個搖籃中，我們要為未來做打算。 那么，什么樣的行星是宜居的？ 第一，類地行星，擁有固體表面。迄今為止我們所發(fā)現的行星，歸納起來可分為兩類：類木行星和類地行星。如果行星的質量大于10個地球的質量，那它就會顯著地吸收氣體，形成類木行星；反之，小于10個地球質量的則多半是類地行星，因為它沒有機會得到更多的氣體。 第二，存在液態(tài)水，且位于宜居帶上。行星的宜居帶必須與主星之間有一個合適的距離，而這個距離的遠近取決于主星的大小。主星越小，與宜居帶之間的距離就越近，輻射也就越強，人類在這樣的星球上是沒辦法生存的。 第三，主星輻射不能太強。地球之所以適合人類生存，是因為它遠離太陽，且星球內部有液態(tài)核，形成一個磁場，從而保護了我們的生命。 改造火星需一個陽光棚 相比之下，我們的鄰居火星就不那么幸運了，它雖然也處于太陽的宜居帶，但是目前卻沒有生命。 研究表明，火星以前可能是有生命的，后來由于某種原因，比如受到小行星的碰撞，把它的液態(tài)核撞沒了。要知道，液核中很多是帶電的離子，流動起來會產生磁場，沒了它，保護大氣的磁場也就消失了。所以，火星現在幾乎沒有大氣，也就不適合人類居住。 有人提出，我們能不能改造火星，使得它適合人類居??？這當然可以，但所需要的成本非常大。關于改造的方法，我想可能有兩種。一種是“小改造”，就是搞個陽光棚，里面種點花花草草，這樣人在那里至少可以生存了。另一種是“大改造”，就是搞個液態(tài)核，讓它有磁場保護，這個難度就太大了。 系外行星是怎樣被發(fā)現的 經過人類的不懈努力，終于在1995年發(fā)現了第一顆太陽系以外的行星。那么，如何探測系外行星呢？ 一種是視向速度法。行星是很暗的，根本看不見，怎么辦呢？我們可以去看恒星。因為行星繞著恒星轉，我們觀測的那個恒星，它其實有個像身份證一樣的東西——光譜。利用這個原理，我們就可以反推出恒星運動是不是受到某顆行星的影響。于是，第一個太陽系外行星就這樣被探測出來。 另一種是凌星法。凌星法是目前被廣泛應用的系外行星觀測方法。它的原理很簡單，當行星正好從你的視線與恒星之間經過時，你認真觀察恒星，就會發(fā)現它的光度發(fā)生了變化，而且這個變化是周期性的。當然，這個變化的大小取決于行星的大小。 人類找到了多少個類地行星 TESS、James Webb、開普勒……科學界發(fā)射的望遠鏡中，幾乎有一半都在尋找系外行星。尤其是開普勒太空望遠鏡，在它短暫的“一生”中，發(fā)現了超過3000個系外行星，這是人類文明的一個重大進步。 那么，迄今為止人類找到了多少個類地行星？ 大概有700到800顆。但如果我們只統計300光年以內的類地行星，就只有30顆；60光年以內的話，只剩下10顆。 這10顆行星大部分都來自于一個叫Trappist-1的系統，我們中國稱之為葫蘆娃系統。遺憾的是，它們離我們依然太遠。 中國的巡天之路 前面提到了很多國外的空間項目，那么我們中國有沒有自己的探測系外行星的項目呢？ 我們課題組參與了南極的一個巡天項目。那里冰天雪地，氣候寒冷干燥，條件非常艱苦，但這片大陸也擁有天文學家最喜歡的連續(xù)42天的極夜。 由于冬季氣溫很低，最低可達到零下83℃，人在那里是沒辦法過冬的。所以，我們先在前一年的夏天派科考隊過去，把望遠鏡放置并調試好后離開，讓它工作一年，第二年夏天再去把數據帶回來，或者通過衛(wèi)星傳輸回來。 通過這樣的觀測，我們在2014年發(fā)現了200余顆高置信度的系外行星候選體，成為世界上第一個在南極天區(qū)發(fā)現系外行星的科考團隊。2017年，我們又在南極發(fā)現了最大批量的系外行星。 除此之外，我們也在被稱為“世界第三極”的西藏設立了天文臺。位于海拔5100米的西藏阿里天文臺已建成了一半，我們將在那里放置5個小望遠鏡，進行系外行星的搜尋，期待能收獲好的結果。 |
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