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[转帖] 首颗适合居住的类地行星？“开普勒-22b”全面解读【3p】

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SIS001壹週歲紀念

1楼大中小发表于 2011-12-20 10:18 只看该作者

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首颗适合居住的类地行星？“开普勒-22b”全面解读【3p】

望大家不要吝惜红心，举手之劳就是我的动力啊

或许之前已经有兄弟发过类似的新闻，但是这个报道让我们真正的从细节了解这锞被新发现的行星。

近日，参与NASA开普勒任务的科学家宣布，通过开普勒望远镜，他们首次在类似太阳的恒星周围，发现了可能适宜居住的新行星。这一成果的曝光，给人们引来无限的遐想，本文也将对事件中最受关注的问题，一一进行解读。
1 开普勒望远镜如何发现这颗行星？使用的这些技术和方法能有多精确？行星本身是不发光的，因此直接观测非常困难。但是，不发光的行星如果从恒星前方经过，就会遮挡一部分星光，导致我们看到的恒星亮度在短时间内稍稍变暗，随后再恢复正常。如果这样的星光变暗现象周期性出现，至少观察到4次之后，就可以确定那里存在一颗我们看不见的行星。

开普勒望远镜就是NASA专门用这种方法来发现外星行星的探测器。自2009年升空以来，它便一刻不停地监测着大约15万颗恒星，记录它们亮度上的细微变化。如果是地球从太阳前方经过，遮挡的阳光大约会使太阳的亮度下降万分之一，而开普勒能够检测微弱到十万分之一的星光变化。

新行星“开普勒-22b”就是通过这种方式发现的——开普勒望远镜观察到那颗恒星以大约290天为周期，发生星光变暗又恢复正常的现象。根据恒星亮度的变暗幅度，天文学家确定了行星的半径，大约是地球的2.4倍；根据这一现象发生的周期，天文学家计算出了行星的轨道，确定它恰好位于那颗恒星的“宜居带”中。

【新行星“开普勒-22b”的艺术想象画，这颗行星也是NASA开普勒计划证实它的首颗位于类太阳恒星宜居带中的行星。图片来自NASA】

2 为什么说这颗新行星可能适宜居住？

先来看看我们最熟悉的太阳系：太阳系共有8颗行星，只有地球上存在宜人的气温，使水能以液态形式长期存在于地表之上。为什么会这样？根本原因在于，地球到太阳的距离既不太近，也不太远，接受到的太阳辐射刚刚好。太阳周围能够满足这一条件的区域，就被称为“宜居带”（habitable zone）。

不同恒星的宜居带到恒星的远近并不是固定的，与恒星性质有很大关系。如果一颗恒星温度和亮度都比太阳高，宜居带就会离它稍远一些；如果温度和亮度都比太阳低，宜居带就会稍近一些。此外，宜居带也不是一个范围非常狭窄的区域。太阳系的宜居带从金星轨道外侧一直延伸到火星轨道外侧，因此严格说来，地球和火星都在太阳系的宜居带内。只不过火星质量较小，留不住浓厚的大气，后来变得寒冷而干燥，不适宜居住了。

“开普勒-22b”围绕着一颗类似于太阳的恒星旋转，这颗恒星发出的光比太阳光弱大约25%，因此那里的宜居带要比太阳系里的宜居带更靠近恒星一些。而在另一方面，“开普勒-22b”到母星的距离又比地球到太阳的平均距离近了大约15%，恰好使它舒舒服服地落在了宜居带中。因此，如果新行星的性质与地球相似，液态水就可以在那颗行星的地表上长期存在。

【开普勒-22b所处系统与内太阳系的对比图，宜居带指行星距离恒星远近合适的区域，在这一区域中，生命存在所必需的液体水能够存在。图片来自NASA】

3 科学家无法确定这颗行星是液态的还是固态的，那是如何确定的行星表面温度是21摄氏度？
通过开普勒望远镜的观测，天文学家可以测出这颗新行星距离它的“太阳”有多远，也可以测定它的“太阳”每时每刻能够释放出多少光和热。但仅凭这两个条件，仍然无法确定行星表面的温度，因为后者不光与“阳光”的强弱有关，还与行星表面甚至大气的许多性质相关。

开普勒望远镜用来寻找外星行星的那种方法，无法测定行星的质量，也无法直接观测这颗行星，因此天文学家难以确定这颗行星是像地球这样的岩态行星，还是像木星那样的气态行星，甚至是完全不同的液态行星。至于行星拥有怎样的大气，表面由什么物质构成，就更是无从得知了。

不过，如果假设这颗行星与地球十分相似，拥有类似的陆地和海洋，还拥有类似的大气来产生温室效应，天文学家就能计算出它的平均表面温度大约是22℃左右。不过，这个数据只能算是“仅供参考”，因为存在太多的不确定因素。假设其他条件不变，只是那颗行星表面没有大气的话，它的平均表面温度就会低至-11℃。
4 这真的是NASA证实的“首颗适合居住的类地行星”吗？

这颗行星并不像国内一些媒体所传的那样，是“首颗适合居住的类地行星”。NASA的官方网站在发布这一消息时，使用的标题是“NASA's Kepler Mission Confirms Its First Planet in Habitable Zone of Sun-like Star”，正确地翻译成中文应该是“NASA开普勒计划证实它的首颗位于类太阳恒星宜居带中的行星”。

这里的“首颗”，指的只是开普勒计划证实的首颗，而非天文学家发现的首颗宜居行星。事实上，开普勒在它监测的大约15万颗恒星周围，迄今为止共发现了2326颗疑似行星的候选者，其中大小与地球接近的有207颗，超级地球有680颗，海王星大小的1181颗，木星大小的203颗，还有55颗比木星更大。

开普勒探测器必须观测到4次星光变暗，才能确定这一现象确实是由行星遮挡星光所致——这一步骤就叫做“证实”。在今年2月开普勒公布的行星候选者中，可能位于“宜居带”中的共有54颗，而此次宣布的“开普勒-22b”就是其中第一颗得到证实的行星。在目前最新公布的行星候选者中，可能位于“宜居带”中的仍有48颗。

另外，这颗行星目前尚未证实一定就是类地行星，这一点也算是以讹传讹了。

【迄今为止，开普勒探测器已发现2326颗疑似行星的候选者，但它在科学上的主要目的，可不是为了寻找适宜人类居住的星球。图片来自NASA】
5 这个发现，在学术和现实中会有怎样的影响？
开普勒探测器在科学上的主要目的，不是要寻找适宜人类居住的另一颗地球，而是要给银河系里的行星作一个小规模的“人口抽查”。换句话说，通过开普勒对大约15万颗恒星的不间断监测，天文学家想了解银河系的2000亿颗恒星中有多大比例拥有行星，拥有几颗行星，这些行星的个头及距离母星的远近又有什么统计上的分布规律。这些基本信息对于研究行星及恒星的形成都会有莫大的帮助。

因此，开普勒此次公布的这批数据中，天文学家更看重的反而是新公布的行星候选者中，各种大小的候选行星各有多少。当然，确定开普勒的首颗宜居行星也很重要，至少提供了一个确实的证据，表明银河系中适宜居住的行星并不十分罕见。这一发现也为将来更先进的观测设备提供了一个备选观测目标，到时候借助更先进的设备，我们或许能够测出这颗行星的质量，甚至分析出行星的大气成分，用更确切的数据来推断那里是否真的适宜居住。

在现阶段，这一发现的主要意义在于，它成了一个热门话题，把公众的视线引向了科学，引向了我们对未知世界的探索。同时，这也给科学家提供了一个机会，向公众展示他们的工作和成果。对未知的外星行星世界的向往，或许会在许多人心中种下一颗好奇的种子，甚至有机会萌发成对科学的热爱。

6 人类移民到这颗星球上有多大可能呢？
现有的人造航天器中，速度最快的当数正在飞向冥王星的“新视野”号探测器，它的速度目前大约是15.5千米/秒。如果以这个速度飞向600光年以外的“开普勒-22b”，大约需要1160万年才能抵达。就算是离太阳最近的恒星——半人马座比邻星，距离我们也足有4.22光年。以“新视野”号目前的速度飞行的话，抵达比邻星也至少需要8万年。因此，按照人类现有的技术水平，想要移民这颗行星的可能性几乎为一。

当然，我们无法排除人类科技出现突破的可能。或许有一天，我们造出了光速飞船，开辟了“任意门”，能够穿梭于宇宙之间。到了那时，如果观测证实“开普勒-22b”确实是一颗类地行星，确实适宜人类居住的话，那里或许会成为未来人类前往探索甚至定居的目的地。

不过到了那时，我们发现的宜居行星应该已经一抓一大把，也不在乎这一颗了吧……

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tingtingxx 金币 +2 发帖辛苦了 2011-12-21 00:36

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2楼大中小发表于 2011-12-20 11:39 只看该作者

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不管能不能居住，花多少时间到达，以现在的科学水平，我想我们这一代人是等不到了。

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longer001

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3楼大中小发表于 2011-12-20 11:56 只看该作者

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的确我们这一代人等不到了。但也的确必须得及早开始对这类研究的探索。
地球是早晚要毁灭的。我们要保证自己的DNA能够在宇宙间得以延续、发展。这就是生命的意义！

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tingtingxx 金币 +2 认真回复加分鼓励 2011-12-21 00:36

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01044373

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4楼大中小发表于 2011-12-20 20:43 只看该作者

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回复 1楼的帖子

可惜离地球太远了，够不着。感谢楼主发帖。

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d03www

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5楼大中小发表于 2011-12-21 01:31 只看该作者

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现在不太可能，但是技术的发展是极其快的，想想电脑的发展，也许将来真能在那边开发新大陆

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sdj19881007

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6楼大中小发表于 2011-12-21 08:58 只看该作者

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亮度上的细微变化。如果是地球从太阳前方经过，遮挡的阳光大约会使太阳的亮度下降万分之一，而开普勒能够检测微弱到十万分之一的星光变化。

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贝少芬

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7楼大中小发表于 2011-12-21 10:58 只看该作者

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偌大的宇宙除了地球之外肯定有适合人类生存的其他空间人类早晚要大移民

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a2581666a 该用户已被删除	8楼大中小发表于 2011-12-21 17:07 只看该作者 0 不管能不能居住，花多少时间到达，以现在的科学水平，我想我们这一代人是等不到了。本帖最近评分记录 tingtingxx 金币 -30 多次复制他人回复。删除ID 2011-12-22 01:04
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