千奇百怪的外星世界(上):真的会有第二个地球吗?
2022-07-03 17:01:18  作者:sillybird 编辑:上方文Q     评论(0)点击可以复制本篇文章的标题和链接

【谁才是异类】

几年前,某个新闻网有个报道说:有个女孩,她的脚趾比别人都长出很多,乍一看去,还会以为是手指,但小时候的她并不有觉得她的脚趾异常,因为她的家人也同样是长脚趾。

当她第一次看到别人的脚趾时,还心想他们的脚趾怎么那么短,长大后才慢慢发现,原来奇怪的人是她自己,自己才是那个异类。

千奇百怪的外星世界(上):真的会有第二个地球吗?
女生身高151cm 脚趾却修长如手指

作为普通人,也许我们无法感觉当事人的感受。然而,你们可知道,现代的天文科学家们,他们却有着同样的感受。

现代天文学已经能够让科学家们探索太阳系外的外星世界。科学家们一直以为,系外的恒星系应该与太阳系相类似。太阳系在银河系中应该很普遍。

可是当科学家们发现了一个又一个系外恒星系、一个又一个系外行星时,他们发现,外星世界是如此的千奇百怪、是如此的异彩纷呈。宇宙中的行星系统有着非常广泛的多样性,它们一点也不像我们。

让科学家们震惊的是,像我们太阳系的恒星系非常罕见,而像我们地球的行星,更加非常罕见。科学家们根本找不到另一颗与之匹配的行星。

也就是说,本以为太阳系、地球是很普通的恒星系及行星,而事实上,我们的太阳系、我们的地球太另类了,就如上文提到的那个女孩一样,现在科学家们才知道,我们的太阳系、我们的地球才是那个异类!

400多年前,一位勇敢的哲学家就首先提出了这样一个问题,如果夜空中的星星和我们的太阳一样,那么它们也会有行星吗?

【脉冲星旁边的行星】

当科学家们在太阳系外发现第一颗被确认的行星时,就把科学家们震憾到了。这颗行星并没有像我们的地球那样绕着恒星运行,它的运行轨道所围绕的物体是宇宙中最剧烈、最神秘的物体之一——脉冲星。

这个很不符合逻辑,科学家无论如何也不会想到会在脉冲星的旁边发现行星,觉得这是最最不可能发现行星的地方。

脉冲星是宇宙中最引人注目的东西之一,一茶匙的脉冲星质量和珠穆朗玛峰的质量差不多。它们可以每秒旋转数百次。可以想象一下,把整个太阳的质量挤压成一个不大于曼哈顿的天体中(曼哈顿的面积是59.5平方公里)。

脉冲星是在超新星爆炸的宇宙烈焰中诞生的,这些爆炸威力巨大,如果发生在像地球这样的普通行星附近,行星就会在爆炸中蒸发。正因为这样,使得它们成为行星最不太可能的家园。

在超新星爆炸后, 发现围绕脉冲星运行的行星,就像去了一个毁灭性的地震现场,然后找到一家瓷器店,里面有所有的盘子和其他所有的东西一切都完好无损,没有一点划痕。

这根本说不通,要让一颗行星在超新星爆炸中幸存下来,它必须由非常坚硬的物质构成。但,那是什么呢?

千奇百怪的外星世界(上):真的会有第二个地球吗?
围绕脉冲星旋转的行星

2011年,天文学家发现了一颗奇怪的行星,它在巨蛇星座中一颗快速旋转的脉冲星附近运行。这颗行星很大,是它所环绕的脉冲星的3000倍。

但真正令人惊讶的是它的成分,这颗行星似乎富含碳元素,但由于密度太大,它只能以钻石的形式存在。

你没有看错,整个星球就由一颗超大的钻石所构成的。钻石行星可能是宇宙中最壮观的地方之一了。如果有人能到钻石行星,那他一定会失去理智的。

但是,无论钻石行星有多美丽、多诱人,都不是你想去的地方。因为这颗行星巨大的密度产生的引力比地球上的引力强15倍以上,人体会受不了的。

那么钻石行星是如何形成的呢?科学家认为只有一种解释,它一开始肯定是一颗恒星,并且是与一个大得多的伴星形成双星关系。

我们的太阳系只有一颗恒星,但大多数恒星系不止一个恒星,恒星围绕彼此旋转。所以我们的太阳系是少数的单恒星系中的一员。

刘慈欣的科幻小说《三体》讲的就是有着三颗恒星的系统。其实上,宇宙中存在很多三恒星系统,甚至多恒星系统也是存在的。在银河系中,超过60%的恒星系统,都属于多恒星系统。

数十亿年前,这颗钻石行星是一颗黄色的恒星,很像我们的太阳。它的大得多的双星伙伴迅速燃烧完了它的燃料,然后爆炸成一颗猛烈的超新星,留下了一颗脉冲星的残骸。

这颗类似太阳的恒星足够大,可以在爆炸中幸存下来。它也会耗尽燃料并死亡,然后留下一个被称为白矮星的燃尽核心。

脉冲星的引力开始从白矮星的外层窃取氢和氦等较轻的元素。直到白矮星几乎只剩下这颗死亡的恒星在其生命周期中所产生的所有碳分子。

剩余物中的压力非常大,以至于碳只能以结晶的形式存在,最终变成了一颗压实的钻石星球。

不过,事实证明这些宇宙钻石并不是永恒的,脉冲星的引力吸引着这颗钻石行星,让它沿着缓慢而不断减少的死亡螺旋轨道,慢慢向脉冲星靠近。

在某个时刻,当它越来越接近那个脉冲星时,引力越来越难将它拉伸。当它离脉冲星很近的时候,这种力量会变得非常强大,会把整个星球撕成碎片。

想象一下,一颗一万亿克拉的钻石被撕成碎片,自身的引力再也不能把身体聚集在一起,于是就被完全撕碎,形成一场壮观的钻石雨。

千奇百怪的外星世界(上):真的会有第二个地球吗?
被脉冲星撕碎的钻石行星

“钻石行星”、“钻石雨”,这些听起来是很酷。但科学家们寻找系外行星,并不是想找很“酷”的行星。拜托,我们是人类,科学家们想找到另一个像地球一样的行星。

【最近邻居有潜在的类地行星】

当我们仰望星空的时候,可以看到的无数的光点,肉眼所见几乎每一个光点都是一颗恒星,在其周围可能围绕着行星。然而银河系中还有很多肉眼无法看到的恒星,那就是红矮星。

它们比太阳小得多,但它们同样是行星的家园。红矮星比银河系中任何一种恒星都要多。所以我们银河系中最常见的行星,是一颗生活在红矮星周围的行星。

在银河系数十亿颗红矮星中,超过二十分之一的行星的轨道距离刚好适合液态水在表面聚集。如果再靠近一点温度就会太热,地表水就会沸腾,而再远一点,水就会结冰。那么这些围绕红矮星运行的行星,能为我们这样的生命提供栖息地吗?

但这里有个问题,许多红矮星的行星的运行轨道离它们的暗淡的恒星非常近。导致行星的同一面总是朝向恒星,永远被恒星的巨大引力锁定。科学家称这种现象为潮汐锁定。

如果你有幸降落在被恒星潮汐锁定的行星上时,你会看到有别于在地球上的景色。至于什么样的景色,这取决于你在哪里。

如果你在行星的某一点,就在恒星下面,当你抬头看天上,就会发现恒星一直在正上方,它永远停留在那个地方。它永远不升起也永远不会降落,一直不会移动。

但是,如果你在星球的另一边,那将总是在晚上,你抬头看天空,你永远看不到天上的主星。

2016年,天文学家发现了一颗潜在的类地行星,围绕着离太阳最近的比邻星运行。这颗被称为proxima b的行星,离它的宿主恒星很近,可以拥有像地球一样的海洋。但科学家怀疑它被潮汐锁定了。

所以,Proxima b可能看上去,可能就像一个巨大的眼球一样盯着它的母星。夜晚一面是一片黑暗、冰冻的荒野,白天一面是一片阳光普照的沙漠。

但在这两者之间,可能存在着生命的希望。在永恒的黄昏中,一条又长又薄的陆地像丝带一样环绕着星球。

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proxima b想像图

在两种不同的景观之间的界限,可能会有像我们现在所处的地方一样。会有液态水从这些冰川中流出,流淌下来,流入这片荒原,形成美丽的海湾。

那么这个proxima b的环形地带真的是外星文明的家园吗?在科学家们去那里之前,尚无定论。

红矮星的寿命非常长,它可以燃烧上万亿年。它们的数量是其他恒星的三倍,如果先进的外星文明真的存在,红矮星的行星可能是找到它们的理想场所。

科学家们还没见到过红矮星的死亡,所以如果这是真的,那么就有足够的时间让生命起源发展了。所以不仅会有微生物的生命,也许还有更复杂的生命,然后再进一步甚至有可能在这些地方有智慧的生命。

【黑暗骑士】

二十多年来,天文学家一直在扫描天空寻找外星世界。他们发现,到处都能找到系外行星,几乎到处都是。他们希望发现多个像地球一样行星。

然而,事与愿违,他们发现了一个到处充满奇异世界的星系。当搜寻所有这些系外行星时,可以看到宇宙是一个有着丰富的想象力世界,各种有趣的结构。

2011年,天文学家大卫·基平,正在审查一颗气体巨行星的数据。该气体巨行星正紧紧围绕着一颗遥远的恒星运行。当他研究母星的亮度时,他发现了一些非常奇怪的东西。看起来这颗绕轨道运行的行星正在吞噬恒星的光芒。科学家们给这颗行星命名为 tres-2b。

目前科学家们寻找系外行星最主要的手段就是检测恒星的亮度。当行星绕着恒星运行时,它们会从恒星面前经过,于是这个恒星的光线就会被行星稍稍遮挡了一点。从我们地球上看上去,恒星的亮度稍稍降了一点。虽然这个亮度只是稍微降低了一点,我们的肉眼无法分辨出来,但灵敏的太空望远镜却能捕捉到这个变化。

正是运用这种技术,科学家们已经发现了很多的系外行星。迄今为止科学家们发现了5000多颗系外行星。

行星tres-2b同样也是从恒星表面经过,但科学家们发现,恒星的亮度显著下降。唯一的解释是这颗行星几乎没不反射任何光线,反射的光线不到它接收光线的1%。所以这颗行星比黑色的丙烯酸漆还要深。我们在地球上看到的煤已经够黑了,但这个行星比煤还要黑。可以说它比你生活中遇到的任何物质都要黑暗。出于这个原因科学家们给这个星球起绰号叫“黑暗骑士”。

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“黑暗骑士”想象图

我们知道黑色物体之所以看起来是黑色的,是因为它们吸收了照射到它们表面的大部分光线。物体吸收的光线越多,它看起来也就越黑。但“黑暗骑士”是有非常强烈的黑色,它几乎是吃掉了它周围的光线。

这颗奇怪的行星还有另一个秘密,离它的主星距离非常近,以至于它的大气层达到了令人难以置信的温度,1000摄氏度以上,热得足以熔化黄金。

经过分析,科学家们认为这颗系外行星的大气层中发生了一些非常奇怪的化学反应。空气中会有钠蒸汽、钾蒸汽,甚至还有氧化钛。这些物质在地球上是固体的,但在这个星球上,太热了,所以它们是气体。这些气体,是很好的吸光物质,正是这个创造了“黑暗骑士”怪异的阴影外观。

通常,这种吸收仅限于非常窄的颜色,如黄光。但这颗行星太热了,以至于吸收特征被拓宽了。导致这种吸收特性横跨整个可见光波长,所以这颗行星看起来非常暗。

行星tres-2b是一颗气态行星,所以它不可能在离恒星如此近的地方形成。当年轻的恒星迸发出生命时,它们会吹走环绕它们周围的气体和尘埃。

所以“黑暗骑士”一定是从远离恒星的位置产生,那里是冰和气体丰富的地方,然后逐渐由外向内螺旋运行到现在的位置。

当“黑暗骑士”从围绕恒星旋转的气体和尘埃盘中积累物质时,它会猛地撞击这个尘埃盘,于是形成了阻力。所以就这样非常缓慢地在数百万年里,以螺旋的方式越来越接近恒星,最后导致这颗巨大的行星它的运行轨道非常接近它的主星,变成一颗炽热的气态行星。科学家们把这一类行星称为“热木星”。

“黑暗骑士”刚刚诞生的时候,很可能与今天的木星一样有非常明亮的颜色和一个有狂暴的暴风雨大气层。但当它靠近它的炽热恒星时,星球的大气层开始变热逐渐变黑,最后变成了“黑暗骑士”。

所以“黑暗骑士”让科学家们确信气态巨行星可以飘向他们的主星,这些气态巨行星是会移动的。

科学家们想到了另外一个问题:相反的事情会发生的吗?它们有时会漂出恒星系吗?

【孤独的孤儿行星】

天文学家把望远镜转向恒星之间的空间。他们惊奇地发现了几十颗系外行星漂浮在开阔的空间中。这其中有一个孤独的孤儿行星可能是科学家们见过的最奇怪的系外行星。

2013年一群天文学家在夜空中搜寻一种叫做棕矮星的神秘天体。

棕矮星是失败的恒星,由于体积太小,所以无法发生核聚变点燃核心。但这些昏暗的气体星球确实会散发出一些热量,所以天文学家能够用红外望远镜将它们分辨出来。

我们所说的恒星,其实质是一个巨大的氢气星球,它的质量刚好可以使内部的温度升高到足以发生核聚变的程度。

但宇宙也完全有能力产生一些质量不够大,无法使核聚变发生的天体。这类天体科学家们称之为棕矮星。

当天文学搜寻棕矮星的时候,却探测到了另外一种天体。这些天体并不是他们所期望的棕矮星。他们的质量太低,不可能是棕矮星。所以一定是一颗气体行星。但它的主星却不见了。这颗行星似乎漂浮在开阔的宇宙空间里。

千奇百怪的外星世界(上):真的会有第二个地球吗?
孤独的孤儿行星想像图

天文学家偶然发现了银河系中最神秘的天体之一——一颗孤独的流浪孤儿行星。

行星,顾名思义,在某种意义上,是围绕恒星运行的天体。但这些行星没有主星,就像是没有父母的孤儿一样,在开阔的宇宙空间里游荡。

经过科学家们的估算,我们的星系可能有数十亿颗游荡在星际空间的流浪行星。

如果没有一颗恒星来给它们提供温度,你会认为流浪行星一定是寒冷的。但2013年发现的这颗行星非常怪异,它很热!在这个星球的厚重的大气层内部,气体在华氏760摄氏度以上的高温下燃烧。

这颗行星几乎肯定有令人难以置信的天气,有巨大的风暴,大量的热空气上升和冷空气下降。不仅如此,科学家们还发现在很多这样的环境中,如果温度足够高,铁和其他金属会蒸发。当它们冷却的时候,这些东西会像雨一样掉下来,你可以想象滚烫的金属水的雨滴从空中落下。

在灼热的云层深处,压力不断增加,直到重力的压力变得非常大,以至于氢气变成了一种奇怪的液态金属。

但是这个星球从何而来?怎么会这么热呢?

这颗行星的灼热让科学家们联想到在一个新形成的行星系统的炎热混乱环境中,就有这样刚刚诞生的气态巨行星。

这颗流浪行星是否有可能就是一个婴儿行星被它的嫉妒的行星兄弟从它的育儿室扔了出来吗?

这颗行星显然是在恒星附近形成的,但是,在同一个窝里肯定有其他的行星。在恒星系形成早期,它们过于接近,引力相互作用,通常会使其中一些行星减速,而使另一些行星加速。如果加速的速度足够快,那颗行星就有可能完全脱离恒星系统并进入宇宙深处……

这是一个被遗弃的气体巨人婴儿,但这个世界可能并不孤独,它可能有卫星。在我们的太阳系中,木星和土星的椭圆轨道上运行着很多冰质卫星家族。科学家们还发现了覆盖着广阔液态水海洋的冰层。

正如我们在太阳系的卫星上所看到的,这些卫星也可以非常活跃。如果它们主要是以冰组成的世界,它们与主行星的引力相互作用会拉伸它们、挤压它们、并使它们升温。

这些潮汐力可以为火山口提供热的动力,就像地球海洋深处的火山口一样。在我们的星球上,阳光照射不到的海洋火山喷口,那里依然支撑着各种奇怪的生命。类似的事情会发生在某个流浪星球的潮汐般炙热的卫星上吗?

这是完全有可能的,虽然很大程度上是推测性的。

从这件事情上可知,科学家们为了寻找地外/系外生命,几乎是着了魔。因为,地球真是太“孤单”了,科学家们至今还没有在地球以外的地方找到生命存在的直接证据。为了人类的将来,科学家们真的希望能在宇宙的各个地方找到生命存在的证据,这样地球才不再“孤单”,人类才不再“孤单”。这种“孤单”的感觉快要“逼疯”科学家们了。

这颗流浪行星的卫星上,虽然推测有可能会有奇怪的生命,但很难想象这些深海生物在火山口贫乏的能量下能发展成先进、复杂、智能的生命。要找到文明存在的证据肯定还是需要从别处寻找的。

【戴森球】

自2009年以来,执行对系外行星搜寻任务的开普勒太空望远镜让搜寻系外行星的工作发生了彻底的改变。它探测到的系外行星数量超过了地球上其他所有望远镜的总和。

开普勒之所以成功,是因为它能够同时观测15万颗恒星。如果开普勒发现其中一颗恒星发出的光在一瞬间变暗,那么一颗系外行星可能正在穿过它的轨道。探测到的亮度变化幅度越大,则系外行星的体积可能就越大。

但在2011年和2013年,开普勒发现了一颗亮度变化超出了正常范围的恒星。这颗神秘的恒星被称为“塔比之星”。它的名字是以研究这个奇怪行为的天文学家的名字来命名的。

这种行为迫使科学家们考虑一种完全改变宇宙的可能性。塔比星真的很有趣,因为我们知道有一个物体绕它运行,它挡住了大量的光线,所以我们才知道它在那里。

但它比一般行星所能阻挡的要多得多。如果是一颗木星大小的行星围绕着一颗普通恒星运行,它会挡住百分之一的光线。这只是一个非常非常小的亮度下降,但是对于塔比星,科学家们看到的是巨大亮度下降幅度,有20%的光被遮挡住了。

如果开普勒的读数是正确的,一些巨大的东西正在塔比星周围移动。还有一个外部的可能性,就是某个行星的残余物,被外星人拆开后制作成一个巨大的太阳能发电厂。

一个真正先进的文明,会是把一些毫无价值的星球,比如我们太阳系里的海王星,拆成一个巨大的球体,放在他们星球的轨道之外收集并利用阳光。

对于一个星球而言,最好的能源就是你的主星。所以你可以建造巨大的建筑来获取能量。这样的装置,弗里曼·戴森称之为戴森球。

千奇百怪的外星世界(上):真的会有第二个地球吗?
戴森球想象图

如果一颗系外行星的残骸挡住了塔比星的光线,那么外星人肯定在忙碌着。他们的巨形结构一定非常巨大才能解释科学家所看到的暗淡现象。

戴森球也许是科幻小说的梦想,那么如何证明它是真实的呢?

搜寻外星文明计划(SETI)的天文学家把望远镜转向塔比恒星,希望能窃听到外星人建造者的无线电通讯。他们花了一两个星期的时间,通过无线电拨号的广泛范围来观察它,寻找任何可能的信号。但什么也没找到。在巴拿马,科学家们还用望远镜寻找闪光的激光,同样,什么也没有找到。

如果说一种戴森球是围绕着塔比之星建造的,那么它的工作人员显然是非常安静的。每一个重大的猜想都需要有力的证据,看到光的变化就很有趣,但这只是很有趣,却不能令人信服,这还不是证据。

如果不是戴森球,那么还有什么可能导致塔比星的光线急剧变暗呢?有可能是恒星活动导致的吗?还是恒星周围有个碟状物吗?会不会是解体的行星?

现在看来,最有可能性是一系列围绕这颗恒星运行并导致这些亮度变暗的彗星。彗星是行星系统形成后留下的巨大、肮脏的雪球。

但如果塔比星周围存在一个巨大的彗星团,它们的可能性会显得更大。如果它们靠近它们的恒星,这些冰就会升温变成气体并膨胀。不断膨胀的云团比行星还要大得多。我们在自己的太阳系中就能看到这一现象。

巨大的彗星云可能挡住了塔比星的光线,但有一个问题:不太可能有足够的彗星来解释这些亮度的下降。而且红外信号也没有什么异常。

所以可能科学家们错过了什么,要么尘埃的扩散相对较快,这是很有可能的,或者说除了彗星的解体,还有其他的原因。目前的理论都不能完全解开塔比星的奥秘。

所以,目前一个由行星建造的外星巨型结构仍然是一个有趣的遥远设想。

【超级地球】

科学家们对系外行星的搜寻,揭示了一个现象,银河系充满奇异的行星系统和奇异外星世界。然而最令人惊讶的是,这些世界中很少有像我们的星球——地球。

到目前为止,科学家们还没有发现很多和我们的太阳系完全相同的太阳系。

我们的太阳系,里面有小行星,外面有大行星。而这样的恒星系在银河系真的很少。

科学家们发现围绕其他恒星最常见的行星类型是所谓的“超级地球”。这些超级地球都有着厚厚的大气层,产生的压力太高,无法支持我们这样的生命。

那么,为什么我们这个有着裸露的大陆和相对稀薄的大气层的小行星显得如此罕见呢?

一个全新的、激进的观点认为,地球可能是第二代行星。地球是由曾经主宰早期太阳系的巨大岩石世界之间一场毁灭竞赛的遗迹建造而成。

在我们所知的这些行星之前,或许存在着被撞飞出去或者直接飞向太阳的行星。地球因此成为了第二代行星。我们可能有一些我们从来不知道的兄弟姐妹。

想象一下这样的场景……46亿年前,我们太阳系中的行星开始由巨大的尘埃和碎片组成。巨大的木星是第一个形成的,进入一个遥远的轨道。

今天地球所在的地方诞生了一系列超级地球,它们是地球质量10倍的广阔世界。它们的引力主宰着太阳系内部,阻止了较小的地球大小的行星的形成。

但好景不长,没多久,木星形成了。太阳系诞生的几百万年后,由于原行星盘引力的驱动,导致了木星的减速。它开始螺旋向太阳内部旋转。当它向内移动时,它将小行星和碎片的波浪推向了这些超级地球。

这些碎片扰乱了巨大行星的轨道,有些行星可能互相残杀,而有些行星被送到太阳表面。一时间,太阳系内部“血雨腥风”。

转机出现了,木星被新形成的土星的引力拖了出来。留下来的太阳系内部是一个耗尽了固体和气体物质的地方。就在这个地方,经过数亿年的时间,碎片慢慢地聚合并最终形成我们今天所拥有的类地行星。

行星建筑在太阳系内部重新开始。但这些新行星以碎片为食,使得它们比前身小得多。大气层更薄,压力更低,这其中包括我们自己的行星,地球——一颗为生命准备的第二代行星。

长期以来,科学家们一直在试图找出使生命有可能在一个星球上生存的所有不同的因素。比如一定要暖和,并且它必须是稳定的。好吧,也许现在有了一个新的条件,就是成为第二代行星,才是需要寻找的条件之一。

如果这是真的,我们星球不可思议的诞生故事可能会提供一个理由:为什么我们看不到外面充满智慧生命的其他世界,也许地球就是打破规则的行星。

而在银河系中的恒星系中,我们自己的太阳系可能是个例外。

当你观察我们的太阳系时,最奇怪的行星是什么?现在你应该知道答案了:没错,最奇怪的行星应该是地球,地球才是宇宙中最奇怪的行星。

科学们还没有在宇宙其他地方发现生命,但他们还在继续搜索,希望能证明自己是错的。

如果科学家们能在数十亿个世界中发现另一个星球,并且星球上有智慧生命。到那时,科学家们才能明确地宣布:地球不是独一无二的。

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