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比鄰星新發現：最接近地球的行星 Proxima b

This artist’s impression shows a view of the surface of the planet Proxima b orbiting the red dwarf star Proxima Centauri, the closest star to the Solar System. The double star Alpha Centauri AB also appears in the image to the upper-right of Proxima itself. Proxima b is a little more massive than the Earth and orbits in the habitable zone around Proxima Centauri, where the temperature is suitable for liquid water to exist on its surface.

雖然人類仍未踏足太陽系內、地球以外的行星，到另外一個太陽系探索已經漸漸由科幻題目變成嚴肅的科學議題。 過去二十年，隨著望遠鏡技術不斷提昇，科學家至今已發現了超過 3,300 個太陽系外行星，來自超過 2,600 個行星系統。1992 年，人類首次發現環繞一顆脈衝星 PSR B1257+12 公轉的兩個行星 Draugr 和 Poltergeist，其後於 1994 年又再發現繞其公轉的第三個行星 Phobetor；1995 年，人類首次發現環繞主序星 51 Pegasi 公轉的行星 Dimidium。 天文學家希望找到接近地球又有可能孕育生命的系外行星。可是宇宙非常大，被發現的系外行星多半都離太陽系頗遠。截至今年 8 月 23 號，其中已被證實、離太陽系最近的系外行星是環繞紅矮星 Gliese 687 公轉的 Gliese 687 b，離地球約 14.77 光年。可是這個行星的質量介乎 16 至 20 倍地球質量，應是類似於木星的巨型氣體行星，並非類地行星。 [左：綜合超過 16 年觀測數據發現的 11.19 天擾動週期。右：11.19 天週期訊號強達 99.9999% 。(Anglada-Escudé et al. 2016)] 2016 年 8 月 24 號在國際期刊 Nature 「自然」上刊登的一篇論文將永遠改變行星與星際探索科研方向的發展。Guillem Anglada-Escudé 帶領的團隊發現，離地球最近的恆星 Proxima Centauri「比鄰星」有一個約比地球重…… Continue reading 比鄰星新發現：最接近地球的行星 Proxima b

從外星生命淺談天文

講到行星科學、生命演化的時候，常會聽到這一句話：「地球是生命的搖籃。」很多年來，天文學家都努力尋找類似地球的行星，希望找到外星生命的證據。 我們可以用什麼方法找尋外星生命呢？ 最直接的方法，當然是飛過去看看吧。人類的人造衛星已經探訪過包括冥王星在內的所有太陽系裡的行星了，其中旅行者一號和二號更在飛出太陽系的旅程中。不過，就算是不需帶備供人類使用的維持生命的物資和裝置，這些無人探測器也得花上好幾年的時間才能飛越太陽系的行星軌道，更不用說去探訪外太陽系的行星了。 在這些探索當中，最為人熟悉的應該是火星無人探索車好奇號吧。好奇號上配備了多個科學儀器，用以探測火星的土壤裡有沒有生命。而最簡單的方法，就是看看泥土之中有沒有某些由生命製造出來的有機化合物。不過至今結果都是：還未發現火星上有生命存在。 不過，有些科學家覺得，我們可能一直問錯問題。為什麼呢？首先，為什麼我們認為生命必然會製造出好奇號的儀器找尋的那幾種化合物？當然，這是經過科學家嚴謹考慮過的，因為好奇號能夠帶上火星的儀器有限，不可能把所有可能的化合物都一一尋找。而且，人類的數據當中，只有一個星球上的生命形態可以作為參考：地球。所以，好奇號的結果，其實並非「火星沒有生命存在」，而是「火星沒有會產生某幾種類化合物的生命存在」。 已經有越來越多人估計，外星生命的形態很有可能與我們地球上熟悉的形態非常不同。當然，其實我們對地球上的生命形態也不是很熟悉的：平均每天都有新品種被發現，其中大部分都是一些我們會稱之為「奇形怪狀」的深海生物。 就算是地球上的生命形式，牠們所使用的生存方法也可以非常不同、非常極端。例如人類，我們吸取氧氣，吃富含營養的食物，透過呼吸作用把食物中的能量抽取出來，以糖的形式儲存在身體之中。而我們熟悉的植物其實已經是使用非常不同的形式來提取能量：它們能夠以光合作用，直接把陽光從光能變成化學能，吸取二氧化碳來把養份變成澱粉 (讀 DSE 生物學的同學，以上的東西你應該要比我更清楚！)。而另外一些更極端的微生物，連海底火山口的高溫也能抵抗，牠們能以火山口的高熱作為能源。 地球上的生命形式雖然非常豐富、千奇百怪、應有盡有，但地球上所有生命都是用同一種方法繁殖：遺傳因子 DNA。至現時，從未發現一種生物的細胞內沒有 DNA。所以，你也可以說，地球上的生命形式其實也很單調。可是，人類連自己的行星上的生命都並不是那樣熟悉，我們對外星生命的推測也應該不會準確到哪裡去吧。 不過事實上又是不是這樣呢？ 這樣就要靠另一個尋外星生命的方法，就是用強大的天文望遠鏡去找尋其他環繞太陽系的行星。我們稱這些行星為外太陽系行星。 首先你會問：「如何看得到外太陽系行星？」問得好，其實以現時的科技，我們是直接「看」不到這些行星的。最接近我們的太陽系的一個恆星系統 (即另一個太陽系) 叫做半人馬座 α，距離地球大約 4.2 光年。 光年是距離的單位，意思是光在 1 年內能夠到達的距離。光在 1 秒鐘內已經可以環繞地球跑 7 個半圈 (大約 30 萬公里)、1 秒鐘可以從地球到達月球、大陽光在 8 分鐘內可以到達地球 (所以我們看見的太陽其實是 8 分鐘前的太陽！)、在 4 小時內到達海王星的軌道 (所以如果你坐太空船飛出去，與地球上的人通訊時的延誤會越來越大，這可不是因為 lag 機，而是因為通訊電波也只能以光速傳播)。 光已經這樣快了，可仍然要跑 4.2 年才能到達最接近的另一個太陽系！事實上，半人馬座 α 並非只有一顆星，而是三顆！只是因為 4.2 光年的距離太遠，看上來三顆星就重疊在一起，要用高倍率的天文望遠鏡才能夠把它們分辨開來。可想而知，要看恆星已經這樣難了，何況不會發光的行星？而且，天文學家仍然未能夠「看」到恆星，用現時最強的哈勃太空望遠鏡看半人馬座 α，也只能看到三個光點，不能夠像看我們的太陽一樣，看到一個球體。 所以我們其實是「看」不到這些外太陽系行星的。天文學家其實是利用幾種不同的方法，間接的「看」這些行星。簡單來說，可以想像：為什麼看不到這些行星？當然是因為它們的恆星太光了，而行星只能靠反射恆星的光作為光源，所以被其恆星的光芒淹蓋。所以首先我們會看恆星來推斷有沒有行星系統存在。比起恆星，行星的質量雖小，但它們的引力也會對恆星造成一些非常細微的影響。天文學家如果看到恆星軌道有週期性的擾動，就知道一定是有一些「看不見」的行星在附近了。所以至少可以得知該行星的公轉週期之類的資訊。 然後，就是如果好運，行星公轉的軌道平面剛好在與地球的視線上，那麼當行星繞到恆星前面時，一部分的光就會被行星遮住了。所以除了公轉週期，天文學家也可以計算出該行星的大小和質量等資訊。 除此以外，試想像：如果該行星有大氣層，當行星剛好繞到恆星前面，行星的邊緣剛剛接觸恆星的邊緣時，恆星的光就會穿過行星的大氣層才飛到地球。當光線穿過大氣層時，就會與大氣層裡的份子互動，會被散射、吸收等等。與未有穿過大氣層的光比較，就可以知道大氣層的化學成份及其比例了！原理就是中學化學學到的光譜學，天文學家從這些光的光譜中的發射線和吸收線辨認出各式各樣的化學份子。 天文學家對外星生命的遺傳因子、提取能量的方法等等，老老實實，都只能「靠估」。不過，當我們知道一個星球的參數，例如大小、質量、化學成份 (好運才有……)、公轉週期等等，其實已經可以作出很多合理的推測了。…… Continue reading 從外星生命淺談天文