宇宙中有一種質(zhì)量很小的恒星名為“紅矮星”，它們的溫度很低，質(zhì)量?jī)H為0.08～0.6個(gè)太陽質(zhì)量。例如這顆名為“特拉比斯特-1”的紅矮星，它是人們迄今已知的最小的紅矮星之一。它的質(zhì)量為太陽的8.9%；直徑為84180千米，僅相當(dāng)于太陽直徑的6%；表面溫度為2237℃，約是太陽表面溫度的40%。

“特拉比斯特-1”不僅是一顆恒星，也是一個(gè)以“特拉比斯特-1”為中心恒星的系外行星系統(tǒng)。2016 年，科學(xué)家使用“凌星行星和星子小型望遠(yuǎn)鏡”發(fā)現(xiàn)了這個(gè)行星系統(tǒng)?！傲栊切行呛托亲有⌒屯h(yuǎn)鏡”由兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡組成，其中一臺(tái)位于智利的拉西拉天文臺(tái)，另一臺(tái)位于摩洛哥的歐凱梅登天文臺(tái)。

“凌星行星和星子小型望遠(yuǎn)鏡”利用凌星現(xiàn)象尋找系外行星。當(dāng)系外行星經(jīng)過地球和恒星之間時(shí)，天文學(xué)家會(huì)發(fā)現(xiàn)行星阻擋了一些恒星的光線，這就是“凌星現(xiàn)象”。凌星時(shí)，行星阻擋的光量能顯示行星的個(gè)頭，而發(fā)生頻率則可揭示其軌道的周期和大小。利用凌星現(xiàn)象，是開普勒太空望遠(yuǎn)鏡尋找數(shù)千顆系外行星的方法。起初，科學(xué)家只在“特拉比斯特-1”周圍發(fā)現(xiàn)了3顆行星，但在2017年，斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡又在后續(xù)觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)了另外4顆行星。至此，“特拉比斯特-1”系統(tǒng)就成了第一個(gè)已知的由7顆地球大小的行星和單顆恒星組成的系外行星系統(tǒng)。

縮小的“太陽系”

與太陽系相比，“特拉比斯特-1”行星系統(tǒng)就像是個(gè)縮小版。最內(nèi)層的行星名為“特拉比斯特-1b”，它在軌道上運(yùn)行時(shí)距離中心恒星172萬千米，而最外層的行星“特拉比斯特-1h”距離中心恒星約930萬千米。再來回顧一下太陽系的情況。太陽系中最內(nèi)層的行星是水星，它的軌道平均距離太陽5800萬千米。換言之，“特拉比斯特-1”行星系統(tǒng)所有行星中離恒星最遠(yuǎn)的距離，都比太陽系中水星和太陽之間的距離要小得多。“特拉比斯特-1”系統(tǒng)很像一個(gè)極大縮小了的太陽系。這表明，相對(duì)而言，“特拉比斯特-1”系統(tǒng)中的行星距離它們的恒星都很近。

不過，距離恒星近也不是什么壞事。由于紅矮星溫度非常低，恒星周圍的溫度適合液態(tài)水存在的區(qū)域距離恒星也很近，這種區(qū)域被稱為“宜居帶”。研究顯示，“特拉比斯特-1”系統(tǒng)中有好幾顆行星都處在宜居帶中，包括“特拉比斯特-1d”“特拉比斯特-1e”和“特拉比斯特-1f ”，表明這幾顆行星上有可能存在液態(tài)水。然而，行星距離恒星太近也會(huì)產(chǎn)生問題，因?yàn)榧t矮星周圍處在宜居帶中的行星時(shí)常被恒星的引力“鎖定”，導(dǎo)致它們的一面始終對(duì)著恒星，另一面始終背朝恒星。這意味著行星的一個(gè)半球處于持續(xù)的白天，而另一個(gè)半球則處于永久的夜晚中。這種情況被稱為“潮汐鎖定”，與導(dǎo)致月球始終向地球顯示同一面的原理相同。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，“特拉比斯特-1”系統(tǒng)中有“特拉比斯特-1b”和“特拉比斯特-1e”2顆行星可能就處在這樣的狀態(tài)中。其中，“特拉比斯特-1b”遠(yuǎn)離宜居帶，而“特拉比斯特-1e”處在宜居帶中。雖然它們被潮汐鎖定了，但在白晝的交界處仍有可能成為宜居地帶。

恒星“特拉比斯特-1”的年齡為76億歲，比太陽年老了約30億歲，這對(duì)“特拉比斯特-1”周圍行星上任何潛在的生命來說都是一個(gè)好消息。這是為什么呢？首先，生命進(jìn)化需要很長(zhǎng)的時(shí)間，而“特拉比斯特-1”系統(tǒng)在時(shí)間上滿足了這個(gè)條件。這意味著，如果“特拉比斯特-1”系統(tǒng)存在生命的話，那么它們已進(jìn)化了很長(zhǎng)時(shí)間。其次，年輕的紅矮星以活躍而聞名，它們經(jīng)常釋放強(qiáng)大的輻射耀斑和高能X射線，這對(duì)生命的存在是極為不利的。而紅矮星年齡越大，這些耀斑發(fā)生的頻率就越低，所以年老的紅矮星周圍會(huì)更平靜一些。然而問題是，當(dāng)“特拉比斯特-1”年輕時(shí)，它是否已經(jīng)發(fā)生過強(qiáng)烈的耀斑？這些耀斑又是否已經(jīng)吹走了其行星的大氣層？這也是科學(xué)家心存疑慮的問題。

宜居帶中的行星

那么，在“特拉比斯特-1”系統(tǒng)中，行星上的環(huán)境究竟是怎樣的呢？研究表明，這個(gè)行星系統(tǒng)有3顆行星處在宜居帶的范圍里，它們是“特拉比斯特-1d”“特拉比斯特-1e”和“特拉比斯特-1f ”。

“特拉比斯特-1d”位于紅矮星宜居帶的內(nèi)邊緣，是一個(gè)微小的世界，屬于迄今已發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量最小的系外行星之一。“特拉比斯特-1d”的直徑為10050千米，僅為地球直徑的78.8%，質(zhì)量?jī)H為地球的38.8%，表面重力還不到地球的一半。這顆行星從中心恒星那里接收到的光比地球多4.3%，這意味著它想要附著大氣層很困難。它雖然處在宜居帶中，但適合居住的可能性并不大。也有科學(xué)家研究后認(rèn)為，它有可能像金星一樣產(chǎn)生了失控的溫室效應(yīng)。

相對(duì)來說，“特拉比斯特-1”系統(tǒng)中最有可能形成宜居環(huán)境的應(yīng)該是“特拉比斯特-1e”?！疤乩人固?1e”位于宜居帶中部，距離中心恒星440萬千米。“特拉比斯特—1e”的體積比地球小，其直徑為地球直徑的92%，質(zhì)量為地球的69%，每6.1個(gè)地球日繞中心恒星一周。它從中心恒星接收到的光與地球從太陽接收到的光大致相同。這意味著，如果這顆系外行星有大氣層能保留其接收到的部分熱量，那么它的表面便充分具備了存在液態(tài)水的條件。

處在宜居帶中的另一顆行星是“特拉比斯特-1f”，它處在宜居帶的外邊緣，距離中心恒星574萬千米，每9.2個(gè)地球日繞中心恒星一周，它的大小與地球大致相當(dāng)——直徑為13330千米，是地球直徑的1.045 倍；質(zhì)量是地球的93%?！疤乩人固?1f”接收到的來自中心恒星的光只有地球接收到的太陽光的三分之一，因此，它的表面可能非常涼爽。如果沒有大氣層的包裹，“特拉比斯特-1f”的溫度將是-59℃。但如果有非常厚的大氣層，也許在火山氣體的支持下，理論上它的表面溫度可能會(huì)升至冰點(diǎn)以上。

此外，很靠近宜居帶的一顆行星是“特拉比斯特-1g”，它是真正的“超級(jí)地球”——直徑是地球的1.129倍，質(zhì)量比地球大30%，每12.4個(gè)地球日環(huán)繞中心恒星一周。它距離中心恒星675萬千米，這樣的距離可能使它處在宜居帶之外，在那里它接收到的來自恒星的光只有地球接收到的太陽光的四分之一，這意味著“特拉比斯特-1g”很可能被冰凍的海洋所覆蓋。

然而，這顆系外行星的巨大質(zhì)量，意味著它可以更容易地保留大氣層。如果它有大量的火山活動(dòng)，用溫室氣體補(bǔ)充大氣層，或者有一層厚厚的氫氣幫助保持溫暖，那么它仍然可能存在一個(gè)液態(tài)的海洋。

“冰”與“火”的世界

以上4顆行星由于處在宜居帶中或者非常靠近宜居帶，它們的環(huán)境被認(rèn)為傾向于“宜居”，有可能存在液態(tài)水。而剩下的3顆就不同了，它們是遠(yuǎn)離宜居帶的行星，環(huán)境十分惡劣。其中的“特拉比斯特-1b”是“特拉比斯特-1”系統(tǒng)中最內(nèi)層的行星，是一個(gè)與地球大小相似的巖石世界，質(zhì)量是地球的1.374 倍?！疤乩人固?1b”的表面重力比地球強(qiáng)10%，每1.5個(gè)地球日環(huán)繞中心恒星一周。作為系統(tǒng)中最內(nèi)層的行星，它非常熱，白天的表面溫度約為225℃，不大可能有生命存在。

“特拉比斯特-1c”是一個(gè)炎熱的世界，測(cè)得的表面溫度為107℃?！疤乩人固?1c”距離中心恒星236萬千米，其直徑為14030千米，是地球的1.097倍，質(zhì)量是地球的1.308倍，表面重力略低于地球，它每2.4個(gè)地球日環(huán)繞中心恒星運(yùn)行一周。天文學(xué)家認(rèn)為，它的大小與金星大致相同，并且從恒星那里接收到的輻射量也與金星相似，由此基本可以斷定它是金星的“雙胞胎”。

在“特拉比斯特-1”系統(tǒng)中，最遠(yuǎn)離中心恒星的行星是“特拉比斯特-1h”?！疤乩人固?1h”距離中心恒星926萬千米，每18.9天環(huán)繞中心恒星一周。“特拉比斯特-1h”的個(gè)頭較小，直徑僅為地球直徑的77.5%，質(zhì)量是地球的三分之一，這意味著它的表面重力僅為地球的57%。這顆行星的表面溫度為-100℃，可能是一顆冰凍的行星。

期待更深入的探索

“特拉比斯特-1”系統(tǒng)距離地球相對(duì)較近，是詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的絕佳目標(biāo)。雖然由于行星太小且距離恒星太近，韋伯望遠(yuǎn)鏡無法直接拍攝行星的照片，但可以在每顆行星凌星時(shí)探索它們的大氣層。如果這些行星擁有大氣層，那么詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡應(yīng)該能夠探測(cè)到特定的分子，包括二氧化碳、甲烷、氮?dú)?、氧氣和水?/p>

迄今為止，天文學(xué)家已經(jīng)針對(duì)大氣層觀測(cè)了“特拉比斯特-1b”和“特拉比斯特-1c”，但情況很不樂觀：這兩顆行星都沒有顯示出有理想大氣層的證據(jù)。

“特拉比斯特-1”系統(tǒng)有7顆行星擠在距其恒星僅約750萬千米的區(qū)域中。相互間的距離如此之近，會(huì)相撞嗎？答案是：盡管擁擠不堪，但“特拉比斯特-1”的所有行星都處于穩(wěn)定的圓形軌道上，不會(huì)相互碰撞。按照常識(shí)，行星之間的距離理應(yīng)比地月之間的距離大得多，然而，它們有時(shí)確實(shí)非常接近，其間隔不足地球和月亮距離的2倍。這意味著，如果你站在“特拉比斯特-1”系統(tǒng)中某些行星上，那么你會(huì)發(fā)現(xiàn)其他行星比我們從地球上看到的月亮還要大。

截至目前，人類對(duì)“特拉比斯特-1”的了解還很不夠?？茖W(xué)家無法判斷這些行星上是否適合存在任何類型的生命，更不用說理論上人類是否可以在那里居住，但科學(xué)家還是將那些行星稱為“類地行星”，籠統(tǒng)來說，就是與地球類似的行星。天文學(xué)家所指的“類地”是物理特征，例如直徑、質(zhì)量和與恒星間的距離等。要判斷一顆行星是否真正與地球相似，必須研究它的大氣層，這種觀測(cè)是極為困難的，必須非常細(xì)心地操作。

即使“特拉比斯特-1”系統(tǒng)適合人類居住，人類也依然面臨巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@個(gè)行星系距離我們大約40光年，這意味著即使我們能夠以光速旅行，也需要40年才能到達(dá)那里。并且，人類沒有任何已知的技術(shù)能以這樣的速度航行。目前，有一個(gè)計(jì)劃中的項(xiàng)目是通過激光束推動(dòng)一組納米級(jí)航天器前往半人馬座阿爾法星系統(tǒng)，預(yù)計(jì)其速度可達(dá)光速的20%。如果讓這種航天器去“特拉比斯特-1”系統(tǒng)，那么它們將需要200年才能到達(dá)那里。我們目前最快的探測(cè)器是“新視野號(hào)”，它經(jīng)過9年的航行后于2015年訪問了冥王星，目前正以13.72千米/秒的速度穿越柯伊伯帶。若以這個(gè)速度前往“特拉比斯特-1”系統(tǒng)，那么它需要近90萬年才能抵達(dá)。