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「地球」距离地球630光年的地方，下起了“铁雨”( 三 )


宜居行星的大气更为天文学家和公众所关注 ， 然而并不容易获得 。 天文学家将行星系统中适合生命存在的行星轨道范围称为“宜居带” 。 行星与宿主恒星相隔一段合适的距离 ， 使其表面平均温度能够维持液态水稳定存在 。 同时 ， 恒星辐射和活动性不能太强 ， 如行星围绕一颗红矮星运转 ， 而红矮星紫外辐射很强 ， 会使得行星大气中的水分子、二氧化碳分子发生光致电离 ， 也有可能剥离行星大气 。 一般可通过寻找行星大气光谱中的“化学指纹”（O2、O3、CO2和CH4等）来判断宜居行星是否适合生命存在 。
目前天文学家已发现数十颗宜居带行星 ， 这些天体基本上均分布在红矮星周围 。 例如 ， 距离我们最近的恒星比邻星周围发现的宜居带类地行星“比邻星b”（ Proxima b）(图6) ， 它是一颗距离地球只有4.2光年的岩石行星 ， 这颗行星同样可能存在液态水 。 近期研究表明CO2和N2等大气成分和100 ~ 5000毫巴大气压力的组合可以保护“比邻星b”大气免受强恒星耀斑活动的紫外辐射破坏[17] ， 维持其表面的宜居性 。 这或许意味着 ， 系外行星大气可能具备与地球不同的条件 ， 使地外生命可以应对高紫外线辐射的环境 。
人类之所以要观测系外行星大气 ， 终极目标是为了寻找宜居行星或地球2.0 ， 相关的尝试也越来越多 。
「地球」距离地球630光年的地方，下起了“铁雨”
本文插图

图6 比邻星系统与内太阳系对比
Credit: ESO / M. Kornmesser / G. Coleman
征途：寻找下一个家园
目前大部分已探测到的系外行星均由美国国家航空航天局（NASA）发射的Kepler望远镜发现 。 NASA新发射的TESS望远镜[18]计划在两年的任务期间发现约20,000颗系外行星 ， 预计发现大约500颗R<2R⊕的类地行星 。 未来 ， 欧洲航天局(ESA)的PLATO任务[19]将探测类太阳恒星的宜居带内的类地行星 ， 确定这些行星系统的宜居性 。 JWST、ARIEL等任务亦将对系外行星大气进行大量观测 ， 以更高的分辨率和更大的波长覆盖研究行星大气中是否有水或其他生命存在特征 ， 了解不同类型行星大气的特征和演化 ， 揭示行星系统形成规律 。
中国也在积极部署自己的系外行星空间探测项目 。 中国科学院“空间科学（二期）”战略性先导科技专项前瞻性布局了系外行星探测方向 。 “近邻宜居行星巡天计划”是其中正在推进的项目之一 ， 计划通过发射一个1.2米口径的高精度天体测量空间望远镜 ， 实现微角秒级星间距的测量精度 ， 巡查太阳系近邻32光年外100个类太阳恒星（“一巡”） ， 探测宜居带类地行星或超级地球（“二探”） ， 普查近邻行星数目、真实质量和三维轨道等信息（“三察”） ， 预期会发现数十颗宜居带行星和超级地球 。
根据中国航天科技集团有限公司的发布 ， 中国2030年前后将开展太阳系近邻宜居行星太空探索计划——“觅音计划” 。 该计划将通过发射空间飞行器 ， 以直接成像的手段发现和证认太阳系外宜居行星并刻画其宜居性 。
我国载人空间站上将搭载的高对比度系外行星成像仪 ， 利用直接成像法来研究系外行星大气 ， 提供系外生命的可能线索 。
“我们的征途是星辰大海” ， 这些研究将最终回答「太阳系是否很特殊」或「我们在宇宙中是否唯一」等科学问题 ， 并让人类更深刻地了解地球和太阳系的形成演化过程 ， 以及充分地认识生命的本质和起源 ， 进而更深刻地了解我们自身 。
参考文献:
[1] Ehrenreich D, Lovis C, Allart R, et al. Nature, 2020, in press
[2] Fossati L, et al. ApJL, 2010, 14: L222
[3] Hoeijmakers H J, et al. Nature, 2018, 560: 453
[4] Hoeijmakers H J, et al. A&A, 2019, 627: A165


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