作者：Sean Raymond ； Elizabeth Tasker
翻譯：水白羊，Ent
兩年前，我們發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)地球大小的行星——開(kāi)普勒186f。它舒適地公轉(zhuǎn)在恒星的“宜居帶”里。它的太陽(yáng)是開(kāi)普勒186，昏暗而遙遠(yuǎn)，比我們所希望的冷了一些，不過(guò)還是有生命的潛力。但不管怎樣，開(kāi)普勒186f已不再是“最佳宜居候選世界”中的一員了。
比鄰星的周圍有一顆可能適合居住的行星。圖片來(lái)源：Hubble ESA/Flickr
還有你們：開(kāi)普勒-62f，格利澤- 667c，開(kāi)普勒-452b。是，每一個(gè)都那么迷人，但是每一個(gè)又總有那么些不盡人意的地方：要么你們的太陽(yáng)太昏暗，再過(guò)幾十年也看不清楚；要么和地球比你們的個(gè)頭實(shí)在太大，我們都不確定你們是不是真的是巖質(zhì)行星。所以，都給我靠邊站！新選手已經(jīng)上場(chǎng)了，它叫比鄰星b（Proxima b）。它的質(zhì)量下限只比地球高30%，很可能是個(gè)真正的巖質(zhì)行星；它的軌道就在恒星的宜居帶里。
更棒的是它的太陽(yáng)——比鄰星（Proxima），離我們最近的恒星，沒(méi)有之一。4.3光年的距離是開(kāi)普勒 186f的1/130，全世界的天文學(xué)家都對(duì)比鄰星b垂涎三尺。用不了十年我們就能給它拍照，搜索生命的跡象。歐洲極大望遠(yuǎn)鏡（E-ELT），這頭正在建設(shè)的39米大的巨獸，到2024年就能從智利仰望星空了。這架望遠(yuǎn)鏡將能直接看到比鄰星b的真容，不用再像別的行星那樣靠間接方式去推斷它的存在。這就給了天文學(xué)家們誘人的機(jī)會(huì)去探查比鄰星b的大氣層和地表。我們可以直接搜尋水甚至地表生命的跡象了。
但是——總得有一個(gè)但是——它不是你所想象的那種“宜居”行星?，F(xiàn)在還不是。
關(guān)于比鄰星b，
我們到底知道了什么？
此次探測(cè)到它的方法，叫做“徑向速度”法：我們看不到行星本身，但是行星的引力會(huì)對(duì)它的恒星有微弱的影響，從而改變太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)。然而，我們只能看到恒星一個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，看不到另一個(gè)。
這就像是我們想看熱氣球影子的位置來(lái)判斷它的運(yùn)動(dòng)。我們很有可能低估了氣球移動(dòng)的距離，因?yàn)樗舷乱苿?dòng)不會(huì)改變影子位置。我們可能覺(jué)得氣球水平移動(dòng)了這么一點(diǎn)路程不費(fèi)什么力，但其實(shí)它費(fèi)了很多力去爬升了很大距離。比鄰星b，或者任何依靠徑向速度法找到的行星，都有這個(gè)問(wèn)題：它很可能其實(shí)很重，但大部分引力是在把恒星往“上”拉，而沒(méi)被我們發(fā)現(xiàn)。
現(xiàn)在我們還不知道比鄰星b的軌道是什么樣的。如果它的位置正好對(duì)上了，那么它的重量確實(shí)就是1.3個(gè)地球。如果它的位置不對(duì)，那么完全有可能超過(guò)地球的70倍，變成木星那樣的氣態(tài)巨行星。假如軌道是純隨機(jī)的，那么“中間”的可能性大約是2.6個(gè)地球。
不過(guò)，純猜的話，它是巖質(zhì)行星的概率確實(shí)比較大。有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則是，直徑不超過(guò)1.5倍地球的行星通常是巖石而不是氣體。如果巖石成分和地球差不多，那么這個(gè)規(guī)則對(duì)應(yīng)的質(zhì)量就是4.5個(gè)地球，比2.6大。但是這依然還是猜測(cè)，只是給了一個(gè)樂(lè)觀的理由而不是真正的依據(jù)。
比鄰星b位于“宜居帶”里，這意味著它接受的光和熱，與地球相差不太多。它距離比鄰星很近，但比鄰星本身又是一顆很弱小的紅矮星。綜合起來(lái)，比鄰星b接收到的光和熱，是地球的三分之二：一個(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的數(shù)字。
問(wèn)題是，決定一顆行星表面溫度的，不光有它的位置，還有它的大氣組成。而我們對(duì)比鄰星b的大氣層一無(wú)所知。
換句話說(shuō)，“宜居帶”是個(gè)糟糕的名詞，位于這里的行星并不自動(dòng)變得“宜居”。
2014年，人們發(fā)現(xiàn)了一顆距離我們僅16光年的行星Gliese-832c （當(dāng)時(shí)也引發(fā)了媒體的熱炒）。它的位置正好在宜居帶的內(nèi)側(cè)。然而，這顆行星有一個(gè)致命的問(wèn)題：它的質(zhì)量是地球的5倍。有如此質(zhì)量，它完全能吸引一個(gè)十分稠密的大氣層。就算它的大氣組成和地球一樣，其中的溫室氣體也足以造成強(qiáng)烈的溫室效應(yīng)，足以讓所有的水蒸干，變成類似于金星的面貌（應(yīng)該沒(méi)有人會(huì)認(rèn)為金星是宜居的，人類發(fā)射到金星大氣層里的探測(cè)器都沒(méi)幾個(gè)活下來(lái)）。
記性好的人可能會(huì)覺(jué)得這一切關(guān)于比鄰星的新聞似曾相識(shí)。你們沒(méi)錯(cuò)：2012年，在半人馬座α星B的周圍就曾經(jīng)“發(fā)現(xiàn)”過(guò)一個(gè)地球大小的行星。（半人馬座α是一個(gè)三星體系，分別稱為A、B、C，而C就是此次的主角比鄰星。）然而，后續(xù)的數(shù)據(jù)分析表明這是一個(gè)信號(hào)假象，因此這一發(fā)現(xiàn)被撤回了。
這種烏龍算不上常見(jiàn)，但很正常。畢竟和恒星比起來(lái)行星很小，能帶來(lái)的擾動(dòng)也很??；而擾動(dòng)又不止它一種，耀斑黑子等等都能帶來(lái)。而比鄰星是一顆紅矮星，紅矮星正是以巨大耀斑而出名的——有些超級(jí)耀斑爆發(fā)甚至能在幾分鐘內(nèi)令亮度加倍。（這也讓比鄰星b遭受了數(shù)百倍于地球的X射線轟擊，倘若它沒(méi)有磁場(chǎng)保護(hù)，那它的大氣就會(huì)很快被剝光；但此刻我們暫時(shí)不討論這個(gè)問(wèn)題。）
比鄰星b的數(shù)據(jù)看起來(lái)是不錯(cuò)的，有樂(lè)觀的理由；但是這畢竟是紅矮星，還是需要其他的獨(dú)立觀測(cè)才能最終把假信號(hào)排除。不過(guò)等到歐洲極大望遠(yuǎn)鏡建成的時(shí)候，我們將能直接看到它，也就能沒(méi)有絲毫疑義地確定它的存在與否了。
事實(shí)上，那時(shí)候我們大概就能解決以上全部三個(gè)問(wèn)題，畢竟比鄰星離我們太近了，它會(huì)是第一個(gè)被我們真正理解的地外行星。讓我們?cè)诖藰?lè)觀一點(diǎn)，暫時(shí)認(rèn)定這幾點(diǎn)都不是問(wèn)題吧——那么接下來(lái)的問(wèn)題就是，要怎樣的它才能真的適合生存。
這是用普通單反相機(jī)長(zhǎng)時(shí)間曝光疊加后得到的一張半人馬座星空。左側(cè)的亮星是半人馬α的A和B，它們距離很近，形成一個(gè)肉眼和小望遠(yuǎn)鏡無(wú)法區(qū)分的單一亮斑。右側(cè)的亮星則是半人馬β。比鄰星（也就是半人馬αC）雖然因?yàn)橐Φ年P(guān)系而劃入半人馬α，但其實(shí)和AB有一點(diǎn)距離：圖中紅圈圈住的位置就是它。Skatebiker/ Wikimedia commons
比鄰星b和地球最大的區(qū)別就是它們的太陽(yáng)：它們的過(guò)去截然不同，未來(lái)也不會(huì)一樣。我們的太陽(yáng)是個(gè)明亮慵懶的黃色恒星。在未來(lái)的大約50億年中，它會(huì)逐漸變成一顆狂暴的紅巨星，吞沒(méi)地球的軌道。比鄰星就不一樣了，它是一顆焦躁的紅矮星，只有太陽(yáng)1/10的體重，亮度也只是太陽(yáng)的1/700。它還要和比鄰星b再做4萬(wàn)億年的好伙伴。
地球的誕生經(jīng)歷了大約1億年和無(wú)數(shù)的碰撞，等到終于成型的時(shí)候，太陽(yáng)已經(jīng)進(jìn)入了穩(wěn)定期，也就是所謂“主序”：由內(nèi)向外的熱壓和由外向內(nèi)的引力達(dá)到了平衡。但是，比鄰星b的形成很可能就比地球快多了，也許只用了幾百萬(wàn)年；相比之下它的太陽(yáng)卻用了幾億年的時(shí)間才進(jìn)入主序。在這幾億年的時(shí)間里，比鄰星比今天亮很多；隨著它逐漸安定下來(lái)，它的宜居帶也逐漸向內(nèi)收縮，最終才覆蓋了比鄰星b的公轉(zhuǎn)軌道。換句話說(shuō)，比鄰星b曾經(jīng)在非宜居帶毫無(wú)生機(jī)的熾熱軌道上度過(guò)了大約一兩億年的時(shí)光！
把一個(gè)巖質(zhì)行星放在這樣的軌道上烘烤，本來(lái)能像地球一樣孕育生命的星球也可能會(huì)變得像金星一樣干枯荒涼。比鄰星b是不是也經(jīng)歷過(guò)這樣的遭遇呢？
肖恩·雷蒙德（Sean Raymond）的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的一項(xiàng)研究模擬了這個(gè)過(guò)程：在進(jìn)入宜居帶之前，比鄰星b可能被蒸走了1“地球水”（也就是地球表面所有水的總量）。不過(guò)它的地幔里可能也像地球一樣還有備用的水源。地球的地表之下就有大約0.3-10個(gè)“地球水”的儲(chǔ)備。假如我們的整個(gè)海洋突然被挪進(jìn)了太空，從火山中噴發(fā)出來(lái)的氣體還能補(bǔ)回一些失去的水分。
圖片翻譯自：planetplanet.net
不過(guò)我們不知道這個(gè)星球上最初有多少水，因?yàn)槲覀儾恢勒麄€(gè)星系是如何形成的。比鄰星在最初的時(shí)候可以比地球更干燥，可以比地球更濕潤(rùn)，也可以差不多。它的地表可能最初有兩份的水量，最后只剩下一份；也可能最初有100份，最后剩下99份；也可能最初就只有半份，最后一片干涸。我們無(wú)從得知。
不過(guò)討論總得繼續(xù)，假設(shè)比鄰星b在進(jìn)入宜居帶的時(shí)候還有一些水分，也有它的大氣層。那這個(gè)星球的氣候會(huì)是什么樣的呢？
雷蒙德的團(tuán)隊(duì)通過(guò)一系列針對(duì)比鄰星b的3D模擬探索了不同條件下可能出現(xiàn)的情況。結(jié)果五花八門(mén)，比鄰星b上可能出現(xiàn)各種各樣的氣候，完全取決于至少三個(gè)因素：地表的水量，大氣中溫室氣體的含量（我們模擬的時(shí)候全部作為二氧化碳處理），以及星球的自轉(zhuǎn)。
地球轉(zhuǎn)得很快，這你大概能注意得到。每繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)一圈，地球會(huì)自轉(zhuǎn)365圈。比鄰星b可就不一樣了。它離它的太陽(yáng)太近了，潮汐力令比鄰星b的自轉(zhuǎn)只有兩種可能：要么同步自轉(zhuǎn)，永遠(yuǎn)只有一面向著它的太陽(yáng)，像月亮繞地球；要么自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)被軌道共振鎖定，每公轉(zhuǎn)2周，自轉(zhuǎn)3周，像金星繞太陽(yáng)。比鄰星b的自轉(zhuǎn)肯定是這兩種狀態(tài)當(dāng)中的一個(gè)，只是我們還不知道是哪一個(gè)。
如果這顆星球的自轉(zhuǎn)是同步的，那么它的表面就一定有一個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域，它的太陽(yáng)時(shí)刻照耀著那里，終日烈日高懸。而另外半球則終日不見(jiàn)陽(yáng)光。如果這顆行星上只有少量的水——譬如平鋪在整個(gè)星球上不到10米深——那么寒冷黑暗的那半邊就可能存在湖泊，不過(guò)“日不落”的這半邊就不會(huì)有液態(tài)水的存在了。它將會(huì)是一種“眼球行星”：白天黑夜兩個(gè)半球涇渭分明。但如果大氣層太薄，水就會(huì)以冰的形態(tài)被封存在寒冷黑暗的那半邊星球，這樣的“眼球行星”就相對(duì)更惡劣一些。如果大氣層太厚呢？那所有的水都會(huì)蒸成水汽，被困在大氣層里。
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