更多證據顯示「類地系外行星」真的和地球類似,有規律季節變化和穩定氣候 天文學家發現愈來愈多的證據,顯示一些與地球類似的系外行星,許多特徵真的和地球非常類似,有著很規律的季節變化和穩定的氣候。這是天文學家第一次探究系外行星的氣候穩定性,對於瞭解這些可能適合生存的鄰近世界有著一定幫助。

更多證據顯示「類地系外行星」真的和地球類似,有規律季節變化和穩定氣候

Kepler-186f距離約492光年,是第一顆確認大小與地球相近且位在母恆星適居區(habitable zone)內的系外行星。這表示如果這顆行星與其母恆星的距離適中,能讓其表面的水以液態存在。

美國喬治亞科技大學(Georgia Tech)天文學家Gongjie Li(李公潔?)等人利用電腦模擬方式來分析和確認系外行星自轉軸的動力學狀況,以便藉此判定一顆系外行星自轉軸傾角的大小和如何隨時間演化。自轉軸傾角會影響母恆星陽光照射到行星表面的角度與能量分布情形,從而影響行星的季節變化和氣候。

她們的研究結果顯示:Kepler-186f的自轉軸和地球一樣穩定,所以Kepler-186f的季節變化相當規律,氣候也很穩定;而後發現Kepler-62f也是如此。Kepler-62f是顆超級地球大小的系外行星,距離地球約1,200光年。

雖然火星位在太陽的適居區中,但火星自轉軸傾角可由0度變化到60度,這麼大的傾角變化會造成氣候劇烈改變,或許這就是火星數十億年前從含水豐富的狀態演變成今日荒漠地表的主因,這種不穩定性也可能是造成火星大氣流失和地表水蒸發的原因。相較之下,地球自轉軸傾角變化角度相當溫和,從22.1度變化至24.5度的時間長達10,000年左右。

行星繞母恆星公轉軌道的定向角(orientation angle)會受到同一行星系統裡其他行星的重力交互作用而擺動。如果擺動速度和行星自轉軸進動(precession)的速度相同,那麼自轉軸也會來回擺動,有時候這種擺動會很劇烈。進動是指自轉軸在空間中的朝向會繞著一個固定的軸逐漸改變,如同陀螺一般;地球自轉軸的進動就是歲差的來源。

火星和地球彼此間的交互作用很強烈,還有水星和金星。故而它們的自轉軸進動和軌道定向角擺動速率相同,可能造成它們的自轉軸傾角大幅變動。幸運的是,月球的存在加快了地球自轉軸進動速率,使其與軌道定向角擺動速率不同,從而穩定了地球自轉軸。火星卻沒那麼幸運,它的兩顆衛星都不夠大,沒辦法穩定其自轉軸傾角。

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Li等人分析結果顯示:Kepler-186f和Kepler-62f兩者和地球和火星迥異,因為它們和它們鄰近行星的交互作用並不強。目前尚不清楚它們有沒有夠大的衛星,但根據她們的計算結果,顯示它們即使沒有衛星,它們的自轉軸在數千萬年內幾乎都維持不變。

Kepler-186位在天鵝座方向,目前已知擁有5顆行星。其中的Kepler-186f半徑比地球大了10%而已,但其質量、化學組成和密度都還未知。其公轉周期約130天,根據NASA的其他研究:在Kepler-186f正午時所見的母恆星Kepler-186的亮度,大概和地球上日落前所見到的太陽亮度相當。

Kepler-62位在天琴座方向,迄今已知的行星數也是5顆,其中Kepler-62f是最外側的行星。Kepler-62f的半徑約比地球大了40%,可能是顆岩質行星,或是有海洋覆蓋的世界。在2014年,Kepler-186f的發現才將Kepler-62f擠下了「與地球最類似的系外行星」寶座。

這兩顆行星都位在它們母恆星的適居區內,但並不表示它們表面一定有水,更遑論說有生命了。目前科學家對於生命起源的瞭解並不足夠,所以沒辦法排除季節不規律的系外行星上可能出現生命的可能性;即便在地球上,生命樣式繁雜多變,顯示生命具有驚人的彈性,或許可以在原本不認為可能的環境中生存。不過,無論如何,一個氣候穩定的行星,還是比較適合生命發展生存的。

資料來源:http://www.news.gatech.edu/2018/06/28/more-clues-earth-exoplanets-are-indeed-earth, 2018.06.28, KLC

本文授權轉載自網路天文館

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