(不知标题取啥)
2015年7月,美国国家航空航天局召开新闻发布会,宣称发现了地球的表亲“Kepler-452b”,一时间各种新闻媒体大肆跟风,其中最为离谱的说法是其与地球有98%的相似度。然而根据行星宜居实验室(PHL)和NASA的数据,该行星无论如何都不可能拥有那么高的地球相似指数,原因在于过大的直径(约1.5倍地球直径,恰好位于气体行星和固体行星的分界线附近)。
维基上关于Kepler-452b行星各项参数最新数据
过大的直径有可能使得固体行星变为气体行星,当然现在的设备精度不足以让我们得出关于Kepler-452b是超级类地行星还是迷你海王星的论断,现在我们能知道的就是它位于一颗类似太阳的G型主序星的宜居带,接受的恒星辐射强度比地球多约10%,其大气平衡温度可能支持液态水存在,仅此而已。
近日,NASA再度宣布由于燃料耗尽,开普勒太空望远镜停止运行,这是一个悲伤的结果,但是在这台“行星猎手”运行的这些年里,我们发现了许许多多有趣的行星,时至今日, 在NASA的Kepler Objects of Interest数据库里面,仍然遗留大量需要进一步观测的信号。在本篇文章中,我将介绍其中一颗地球相似指数真正达到0.98,疑似围绕F型恒星宜居带运行的类地行星——KOI-4878.01。
首先介绍一下F型主序星,众所周知,我们的太阳是一颗G型主序星,而F型主序星特点是光谱特征呈现较弱的氢线和电离金属,其自转较快,表面温度集中在5700-6900摄氏度之间(5973K-7123K),亮度和质量都大于G型恒星。
F型星的寿命会小于G型星,如F9(8?)V型恒星(质量最小的F型星)寿命估计低于90亿年,从生命发展的角度来说,主恒星的寿命越短,其行星能发展出智慧生命的几率也就越低,这是因为生命的产生和进化需要相当长的时间,一些研究认为F型恒星可在20亿年至40亿年内保持稳定。F型星不像M型恒星(红矮星)那样不稳定,致命的X射线等高能辐射在F型星周围难寻其踪,恒星黑子出现也较为稳定,行星发展中来自主恒星给予的外部环境明显优于M型红矮星甚至G型恒星,而且F型恒星的宜居带显著宽于太阳系,液态水可以存在的几率将更大。目前的系外行星研究领域对F型恒星的关注明显低于M型恒星和G型恒星,主要还是考虑到这些恒星寿命更长,能给予行星发展的时间也更久,但客观来说这是有失偏颇的。
本期的主角KOI-4878.01的主恒星KOI-4878正是一颗F型黄-白星,但极少的研究中也有人认为它应该是一颗G1V或G2V(太阳就是这种类型)型恒星,它的温度(6031K,相对比之下太阳约5750K)和直径都略大于太阳,这使得它的宜居带将处在比地球在太阳系的轨道稍微靠外的地方,事实上,KOI-4878.01的公转轨道为449天的周期,这个位置位于KOI-4878的宜居带正中靠外的位置。奇怪的是,在有误差的模型中,KOI-4878的质量要稍微低于太阳(约小千分之三),这个系统距离地球1075光年。
UKIRT宽视场相机(WFCAM)红外线J波段对于KOI4878的成像。
截止2018年1月底,这个系统一共被天文学家观测到4次凌星现象,最新一次凌星发生在今年年初的1月2日。
在凌星曲线图中可以看到,代表凌星发生的“坑”比较浅,可能是一个相对于恒星非常非常小的天体从恒星表面经过,也可能暗示行星只有一部分发生凌星现象,如果是第二种情况,那我们有可能得到它的轨道倾角,结合径向速度可能得到这个凌星物体的准确真实质量,但似乎由于距离过于遥远的原因,这个结果现在无法得到。
有了凌星曲线,现在需要排除其他可能,如视角沿线上的天体遮挡,食双星,黑子等。先来说一说恒星黑子,在KOI-4878上发生的可能性非常非常低,F型恒星黑子出现几率本就非常低。黑子的成因源于恒星热量的对流不均衡,黑子区域的磁场强于其他区域,这抑制了恒星的热量对流。黑子本身温度其实非常高,但低于黑子以外的区域,所以当它出现时,恒星亮度总面积减少,也会产生类似凌星现象的光变曲线,这种可能性基本可以排除。第二种视角沿线上的天体阻挡,短时间内发生一两次甚至多次是完全可能的,但在跨度1700余天内发生4次而且都被观测到的几率基本为0,所以也可以排除,根据开普勒任务的数据和2MASS的数据(刚刚看了一下,NASA关于它的结论文章里似乎还用到了Gaia的数据),没有证据表明KOI-4878是食双星系统。
根据PHL的数据,KOI-4878.01有98%的地球相似指数(不同的计算因子下还有99%这个结果,但总体不低于98%),这将使它成为迄今发现和地球最为相似的系外行星。根据开普勒的数据,KOI-4878.01完成一个轨道周期需要449天,所以很可能是在KOI-4878的宜居带(作者:对比地球轨道位置明显更靠外),通过后3次的凌星曲线,确定它的直径为1.04倍地球直径,质量还未最终确定但最可能为0.99倍地球质量(确定这个数值的方法与2015年的Kepler-452b类似),经过模拟和计算,在没有大气的情况下,它的平均温度约为-15℃,而拥有类似地球的大气,这个数值将是17.5ºC,作为对比,地球的平均温度为14℃。毫无疑问,我们有足够多的理由相信液态水可以在它的地表存在!同时98%的地球相似指数将使KOI-4878.01超越KOI-3010.01,成为Kepler Objects of Interest数据库中与地球最为相似的目标。
结合这些数据,KOI-4878.01大概率拥有和地球类似的固体地表,如果拥有大气,或许这真的将是人类第一次发现的“地球同胞”
题外话:NASA最新的研究中,KOI-4878.01的信号被标注为“False”,呵呵,能说什么呢,或许地球真的独一无二