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比鄰星新發現:最接近地球的行星 Proxima b

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撰文者:余海峯 博士
發文日期:2016-08-27
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  • 雖然人類仍未踏足太陽系內、地球以外的行星,到另外一個太陽系探索已經漸漸由科幻題目變成嚴肅的科學議題。

    過去二十年,隨著望遠鏡技術不斷提昇,科學家至今已發現了超過3,300 個太陽系外行星,來自超過2,600 個行星系統。1992 年,人類首次發現環繞一顆脈衝星PSR B1257+12 公轉的兩個行星 Draugr 和 Poltergeist,其後於1994 年又再發現繞其公轉的第三個行星Phobetor;1995 年,人類首次發現環繞主序星51 Pegasi 公轉的行星 Dimidium。

    天文學家希望找到接近地球又有可能孕育生命的系外行星。可是宇宙非常大,被發現的系外行星多半都離太陽系頗遠。截至今年8 月23 號,其中已被證實、離太陽系最近的系外行星是環繞紅矮星 Gliese 687 公轉的 Gliese 687 b,離地球約14.77 光年。可是這個行星的質量介乎16 至20 倍地球質量,應是類似於木星的巨型氣體行星,並非類地行星。
     Proxima b 1
    [左:綜合超過16 年觀測數據發現的11.19 天擾動週期。右:11.19 天週期訊號強達99.9999% 。(Anglada-Escudé et al. 2016)]
     
    2016 年8 月24 號在國際期刊 Nature 「自然」上刊登的一篇論文將永遠改變行星與星際探索科研方向的發展。Guillem Anglada-Escudé 帶領的團隊發現,離地球最近的恆星Proxima Centauri「比鄰星」有一個約比地球重30% 的行星,他們稱之為Proxima b。由於比鄰星是最接近地球的恆星,離我們的太陽系只有約4.2 光年,因此 Proxima b 將永遠是人類能夠到達的、最近的系外行星。更重要的是,Anglada-Escudé et al. 發現 Proxima b 或位於比鄰星系統的適居帶。換句話說,液態水或能於Proxima b 表面存在。

    Anglada-Escudé et al. 發現Proxima b 是離地球最近又同時可能適合生命存在的系外行星,可謂同時滿足了科學家的兩個願望。因此,研究團隊非常謹慎地使用不同方法檢查他們得到的結果,最後得出一顆公轉週期約為11.19 天的行星最有可能解釋其觀測數據。嚴謹的反複檢驗加上自我批判的科學精神,令這份刊登於自然期刊上的論文一夜成名,在科研界和科普界引起了人類探索系外行星可能性的激烈討論。

    比鄰星是一顆十分暗淡的恆星,其表面溫度約為3,000 度,是太陽的一半,而發光度只有太陽的千分之一左右。如果我們在Proxima b 上,就會看到一個非常紅的太陽。
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    比鄰星上看Proxima Centauri示意圖。(照片來源:European Southern Observatory (ESO)CC BY SA 4.0)
     
    因為觀測非常困難,過去對於比鄰星有行星一說只停留在懷疑階段。不過,由於比鄰星只有太陽的12% 重,體積約為太陽的萬分之三,而Proxima b 卻比地球還重,而且距離比鄰星只有0.05 個天文單位(是地日距離的5%), Proxima b 對比鄰星造成的重力擾動就得以被現代天文望遠鏡探測到。
    Proxima b 2
    [研究團隊使用的數據精度很高,能夠測量比鄰星低於2 m/s 的擾動速率。(Anglada-Escudé et al. 2016)]
     
    Anglada-Escudé 團隊由今年1 月19 號到3 月31 號幾乎每晚都觀察比鄰星,再結合2016 年前收集到的、累積了16 年的大量數據,使得他們能夠以高達99.9999% 機率確定Proxima b 的存在。他們觀察比鄰星的光譜,發現有一個週期約為11.19 天的擾動。這就表示,當排除了恆星本身的活動所造成的擾動之後,必然有一個看不見的物體對比鄰星來回「拉扯」。

    Anglada-Escudé et al. 的分析顯示Proxima b 的表面溫度介乎-50 至-30 攝氏度,如果行星擁有大氣層的話,在一定的氣壓下水能夠以液態保留於其表面之上。不過,比鄰星算是一顆活躍的恆星,其表面活動如閃耀等會令Proxima b 暴露於比地球高400 倍的X 射線之中、平均磁場亦高達太陽的600 倍左右,有可能破壞 Proxima b 的大氣。不過亦有研究指出類似系統的大氣流失量頗少,而且Proxima b 因為太接近比鄰星,造成所謂潮汐鎖定現象,即Proxima b 永遠以同一面面向比鄰星,就像月球永遠以同一面面向地球一樣。研究顯示這個潮汐鎖定現象有可能保護大氣免受高磁場破壞。

    卡爾.薩根說過,我們生於幸運的一個世代,能夠目睹科學以史無前例的速率發展。然而,人類未來能否飛到比鄰星探索,看看Proxima b 上有沒有生命存在,就要看我們懂不懂得首先珍惜地球,我們在浩瀚宇宙中唯一的家園。


    研究論文:Anglada-Escudé et al., A terrestrial planet candidate in a temperate orbit around Proxima Centauri
    延伸閱讀:
    Earth-sized planet around nearby star is astronomy dream come true
    Pale Red Dot campaign reveals Earth-mass world in orbit around Proxima Centauri
    ESO discovers Earth-size planet in habitable zone of nearest star


    本文感謝余海峯博士同意轉載,原文刊載於『余海峯David・物理喵phycat』https://phycat.wordpress.com/2016/08/26/discovery-of-proxima-b/
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