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两颗具有潜在适居性的行星也具有类似地球的稳定倾斜

研究表明,这颗系外行星的轴向倾斜非常稳定,非常像地球。这暗示将有类似地球的规律季节和稳定气候。开普勒-186f距离地球500光年。另一个更遥远的行星叫做开普勒62f,它是一颗超级地球的行星,研究人员认为这个行星的气候和常规季节也是稳定的。近期发表在《天文期刊》(Astronomical Journal)上的论文指出,两颗具有潜在适居性的行星也具有类似地球的稳定倾斜,这使它们适合生命存在的可能性进一步提高。

 

类似地球

开普勒-186f的想象图

这两颗行星被称为开普勒-186f和开普勒-62f,分别距离地球550和990光年。开普勒-186f发现于2014年,是第一颗在太阳以外的恒星系统中发现的适居带半径与地球相近的行星。相比之下,开普勒-62f的质量是地球的2.8倍,相当于一颗大号地球。“我们已经知道,这两颗系外行星很可能由岩石组成,而且它们位于适居带中,意味着行星表面可能存在液态水,”研究第一作者、佐治亚理工学院助理教授李公洁说,“我们正在设法进一步限制这两颗行星的可居住性条件,以更好地了解它们承载生命的可能性。”

行星的自转轴本质上决定了恒星发出的热量和辐射在到达行星时如何分布。有些倾斜轴角会使热量分布相对适中,另一些则会导致非常极端的环境出现。此外,行星的倾斜轴有时还会来回摆动,摆动幅度越大,恒星辐射分布的变动就越大,从而影响行星的大气环流和气候。

“目前尚不清楚自转轴的变化和气候变化对生命存在的真正影响,极端环境中也可能产生更强大的生命形式,但稳定的环境或许是更好的生命开始方式,”李公洁说道。

举例来说,科学家认为倾斜轴角正是火星失去浓密大气层的原因之一。尽管火星位于太阳系的适居带内,但在过去40亿年中,它从一颗温暖、湿润的行星变成了一个寒冷、干燥的红色“地狱”。火星的倾斜轴角变化范围很大——从0度到60度,这种不稳定性使其无法保留住较厚的大气层。相比之下,地球的倾斜轴角只在22.1度和24.5度之间变化,并且大约每1万年才变化一次。这也是生命在我们这颗蓝色星球上存在时间如此之长的原因。研究共同作者、哈佛-史密森天体物理中心的单玉通还指出:“如果没有一个如此巨大的月球,那么地球的倾斜轴角将会更加不稳定。至少对地球而言,月球具有某种稳定效应。”

科学家之所以对开普勒-62f和开普勒-186f特别感兴趣,原因是它们距离母恒星要比地球和火星与太阳的距离远得多。“同样重要的是,”单玉通说,“自转轴动态变化在多行星系统中是最丰富的,因为这种变化是由行星之间的引力相互作用引起的。开普勒-62f和开普勒-186f都位于5行星系统中,而我们对系统中的其他行星也很了解,因为它们都要经过母恒星。”

经过计算,两位作者根据已有的数据进行了一些模拟,发现这两颗行星的倾斜轴角都相当稳定,尽管二者都没有自己的卫星。在各自的恒星系统中,两颗行星都只有很少的相邻行星,因此它们不用面对可能引起自转轴不稳定的引力作用。“这对依赖于行星长期稳定才能出现和生存的生命形式而言,是一个不错的消息,”单玉通说道。

李公洁认为,这种对自转轴的动态分析“可以很容易地应用于其他系外行星系统”,并且有助于预测或否定其他行星的适居性。

“我认为令人兴奋之处在于,”开普勒-62f的发现者、华盛顿大学的天文学家埃里克·阿格尔(Eric Agol)说,“这类动态研究可以与真实系统联系起来。现在我们终于有了描述这种多行星系统特征的方向。很多时候这是做理论工作的一个问题——有太多参数需要考虑了,但我们并不总是清楚哪些目标是(对于适居性)最有希望的,哪些不是。”

丽莎·卡尔特内格(Lisa Kaltenegger)是康奈尔大学卡尔·萨根研究所的负责人,也是开普勒-62f(和开普勒-62e)的发现团队成员,她认为这项新发现是有关倾斜轴角对系外行星适居性讨论的一部分,但她强调,“其他行星上发展出来的生命……应该能够适应任何的倾斜轴角。如果地球具有不同的倾斜轴角,那生命也可能有不同的演变,但没有人知道是否会出现本质上的差异,以及我们是否只能生活在我们所处世界的不同地方。”

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