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【最新研究】生命在100億年前就可能出現了?宇宙一樣古老的超級地球被發現

迄今為止, 科學家們已經發現了超過4000顆系外行星, 其中不乏有體積、質量和我們相似的超級地球。 但是, 最近發現的超級地球, 還是令科學家們嘖嘖稱奇。

TOI-561

在距離我們280光年的位置, 有一顆名為TOI-561的恒星。 它在光譜學上的分類為K型主序星, 也就是通常所說的橙矮星。 這樣的恒星略小於太陽所屬的黃矮星, TOI-561也不例外, 半徑是太陽的83。 2%, 質量是太陽的80。 5%, 表面溫度也比太陽低, 大約是5326K。

總體來說, TOI-561和太陽還是比較接近的, 但二者還是有一個非常明顯的區別的, 那就是年齡。 觀測結果表明, TOI-561在大約100億年前就已經誕生了!迄今為止, 它的年齡甚至已經超過了理論上太陽的壽命。 這意味著, 它是現今銀河系中最古老的一種恒星, 幾乎和宇宙一樣古老。

不僅如此, 它還擁有著宇宙最古老的行星系統。 迄今為止, 科學家已經在它的周圍發現了3顆行星, 而這3顆行星和它一樣, 也是一大把年紀了。

這3顆行星被命名為TOI-561 b、TOI-561 c和TOI-561 d, 是由NASA的淩日外行星勘測衛星(TESS)發現的。 TESS是在2018年發射升空的太空望遠鏡, 專注於通過系外行星的淩日現象來發現它們。 當它們路過宿主恒星的時候, 會導致宿主恒星的光芒出現規律性的變化, TESS就能夠發現它們。

3顆系外行星

不僅如此, 在發現系外行星後, 科學家們還能夠對它們的公轉週期、尺寸等屬性進行觀測和分析。

TOI-561 d:是3顆行星中最外側的一個, 公轉週期16。 3個地球日, 半徑是地球的2。 3倍左右; TOI-561 c:位於中間, 公轉週期為10。 8個地球日, 半徑約為地球的2。 9倍; TOI-561 b:是最內側的一顆,

只需10。 5個小時就能公轉一圈, 半徑是地球的1。 45倍。

除此之外, 科學家們還能用徑向速度法來計算三顆行星的質量。 我們知道, 當行星運行到不同位置時, 它的引力會對宿主恒星產生非常輕微的拖動, 使其偏離原來的位置。 這個偏離幅度微乎其微, 但人類的探測器卻能夠通過其光譜變化觀測到。 通過恒星光譜變化的幅度, 再加上恒星本身的質量, 就能夠計算出行星的質量。

計算結果表明:TOI-561b的質量大約是地球的3倍, 考慮到它1。 45倍地球半徑的尺寸, 可以計算出它的密度大約是每立方釐米5克, 相當於地球的90%。 這意味著, 它是一顆巖石行星, 而且它的尺寸也讓它足以被稱為超級地球。

加州大學河濱分校的行星天體物理學家Stephen Kane說:「這還是有點意外的, 因為你原本預期能看到更高的密度, 而這顆行星的現狀就與極其古老的行星概念相匹配了。 」

最古老的行星

具體來說, 一顆行星想要有更高的密度, 意味著它需要有更多的重元素, 比如鐵、鎳等元素。 比如地球, 就有一個鐵和鎳構成的核心。

不過,這些重的元素不是宇宙誕生時就有的,而是需要通過超新星爆發才能產生的。通過這種宇宙極端事件,輕的元素才能聚變成重元素,被釋放到宇宙空間,然後再形成新的天體。因此,在宇宙剛剛誕生的幾十億年時間裡,當超新星爆發的數量還沒有特別多時,那些古老的天體本來就不應該有太多重元素。

TOI-561就是這樣,科學家通過光譜學發現,它所含有的重元素就非常少。而和這樣古老的恒星一同形成的古老行星,因為原材料相同,也應該只含有非常少的重元素,TOI-561 b如今證明了這一點。

之前還有一項研究指出:一顆巖石行星的金屬元素(天文學上除了氫和氦以外的所有元素都叫金屬元素)有一個下限,低於這個臨界值就無法形成巖石行星。這是因為恒星在形成之後會向外釋放輻射,這些較重的元素不容易被恒星風吹走,所以才有機會留在原地並且形成巖石行星。

而TOI-561 b這樣重元素比例較低的行星,則可以幫助我們確定這個臨界值,還能幫助我們進一步去尋找更多古老的行星。同時,TOI-561 b的發現,也告訴我們系外巖石行星可以擁有很長的壽命。

夏威夷大學的天文學家Lauren Weiss告訴我們:「TOI-561 b是人類發現過最古老的巖石行星之一,它的存在告訴我們,自從近140億年前宇宙誕生開始,它就在製造巖石行星。」

100億年前的生命?

那麼,擁有100億年光陰的TOI-561 b,是否在漫長的歲月裡孕育了生命呢?

對於這一點,科學家還是比較悲觀的。TOI-561 b距離宿主恒星實在太近了,以至於它已經被潮汐鎖定了。尤其是在永久朝向宿主恒星的那一側,表面溫度可能已經達到了2480K,連鋼鐵都會融化,其表面會有永久存在的巖漿海洋流動,非常恐怖。這樣的氣候,是不可能孕育生命的。

但這並不是一個絕對悲觀的消息,正如Kane說的那樣:「儘管這顆獨特的行星如今很可能並不宜居,但它或許預示著銀河系最古老的恒星周圍還有大量巖石世界等著我們去發現。」

要知道,雖然地球已經形成了45億年,並且在大約39億年前就有第一個單細胞生物出現了,但是第一個複雜生物很可能直到5億多年前才出現。我們期待尋找地外生命,但更希望是複雜生物,而不僅僅是單細胞生物。因此,這就需要行星和它所在的系統提供足夠長的時間和足夠穩定的環境。

TOI-561 b上的生命希望已經破滅,不過它暗示我們宇宙中可能還有大量像它一樣古老的行星,那些行星在100億年的歲月裡,很可能就孕育了生命。TOI-561 b就像是黑暗之中的一盞燈,給我們指明了方向。沿著它所指的方向前進,我們或許就能接近想要尋找的答案。

不過,這些重的元素不是宇宙誕生時就有的,而是需要通過超新星爆發才能產生的。通過這種宇宙極端事件,輕的元素才能聚變成重元素,被釋放到宇宙空間,然後再形成新的天體。因此,在宇宙剛剛誕生的幾十億年時間裡,當超新星爆發的數量還沒有特別多時,那些古老的天體本來就不應該有太多重元素。

TOI-561就是這樣,科學家通過光譜學發現,它所含有的重元素就非常少。而和這樣古老的恒星一同形成的古老行星,因為原材料相同,也應該只含有非常少的重元素,TOI-561 b如今證明了這一點。

之前還有一項研究指出:一顆巖石行星的金屬元素(天文學上除了氫和氦以外的所有元素都叫金屬元素)有一個下限,低於這個臨界值就無法形成巖石行星。這是因為恒星在形成之後會向外釋放輻射,這些較重的元素不容易被恒星風吹走,所以才有機會留在原地並且形成巖石行星。

而TOI-561 b這樣重元素比例較低的行星,則可以幫助我們確定這個臨界值,還能幫助我們進一步去尋找更多古老的行星。同時,TOI-561 b的發現,也告訴我們系外巖石行星可以擁有很長的壽命。

夏威夷大學的天文學家Lauren Weiss告訴我們:「TOI-561 b是人類發現過最古老的巖石行星之一,它的存在告訴我們,自從近140億年前宇宙誕生開始,它就在製造巖石行星。」

100億年前的生命?

那麼,擁有100億年光陰的TOI-561 b,是否在漫長的歲月裡孕育了生命呢?

對於這一點,科學家還是比較悲觀的。TOI-561 b距離宿主恒星實在太近了,以至於它已經被潮汐鎖定了。尤其是在永久朝向宿主恒星的那一側,表面溫度可能已經達到了2480K,連鋼鐵都會融化,其表面會有永久存在的巖漿海洋流動,非常恐怖。這樣的氣候,是不可能孕育生命的。

但這並不是一個絕對悲觀的消息,正如Kane說的那樣:「儘管這顆獨特的行星如今很可能並不宜居,但它或許預示著銀河系最古老的恒星周圍還有大量巖石世界等著我們去發現。」

要知道,雖然地球已經形成了45億年,並且在大約39億年前就有第一個單細胞生物出現了,但是第一個複雜生物很可能直到5億多年前才出現。我們期待尋找地外生命,但更希望是複雜生物,而不僅僅是單細胞生物。因此,這就需要行星和它所在的系統提供足夠長的時間和足夠穩定的環境。

TOI-561 b上的生命希望已經破滅,不過它暗示我們宇宙中可能還有大量像它一樣古老的行星,那些行星在100億年的歲月裡,很可能就孕育了生命。TOI-561 b就像是黑暗之中的一盞燈,給我們指明了方向。沿著它所指的方向前進,我們或許就能接近想要尋找的答案。

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