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[科学观察] 开普勒-452b:迄今为止最美妙的超级地球表哥

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发表于 2025-7-10 00:23 | 显示全部楼层 |阅读模式

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10年前的2015年7月,NASA的开普勒太空望远镜发现了一颗行星。它是迄今为止最令人类激动的行星——没有之一。
它是开普勒452恒星系统的一颗行星,名为开普勒452b,一经发现,当时的整个天文学界都轰动起来了。
它是一颗位于恒星的宜居带内的行星。这里先解释一下什么叫行星的宜居带( HZ ),或更准确地说是恒星周围宜居带( CHZ )。

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太阳系宜居带示意图

人们认为,行星表面的宜居性需要轨道与主恒星的距离合适,以便存在液态地表水,此外还需要考虑各种地球物理和地球动力学因素、大气密度、辐射类型和强度,以及主恒星的等离子体环境,当所有这些条件均适合智慧生命的形成时,这个行星就属于所谓宜居带内行星。
自2006年开始,到目前为止,开普勒望远镜发现的行星超过2600颗,其中位于宜居带的行星超过20颗,例如最早发现的Kepler-22b和Kepler-26e(2011年发现),以及2021年发现的Kepler-1701b等等。
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过去开普勒太空望远镜发现的12颗在适居带上的系外行星

为什么唯独开普勒452b能脱颖而出,广受瞩目呢?
因为,它上面的环境和生存条件,可能比地球更加适合生命,换句话说,按照它的条件,那上面很可能有比地球人类更高级的智慧生命和文明。
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Kepler-452b

本文,我们介绍这个地球的“远房表哥”,让我们从它的发现过程说起吧。
开普勒太空望远镜是美国国家航空航天局旗下的一个超级太空探测器,它核心任务是发现太空中的行星,因此又被誉为“行星猎手”。
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开普勒太空望远镜示意图

过去多年,它一直紧盯天鹅座附近一片天区,监测超过15万颗恒星的亮度变化。它的方法很巧妙:当一颗行星恰好从其母恒星前方经过(称为“凌日”),会像一只小飞虫掠过手电筒光束那样,导致恒星亮度出现极其微弱的下降。
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行星的凌日现象

科学家们如同大海捞针,从海量数据中筛选这种周期性出现的微弱信号。开普勒-452b的信号就是从十万多颗恒星的数据里被揪出来的!经过反复验证确认,这颗围绕恒星开普勒-452运行的行星,成为了人类发现的第一颗围绕类似太阳的恒星运行、且位于宜居带内、接近地球大小的系外行星。这是系外行星探索史上的重要里程碑。
那么,这位地球表哥有什么特点呢?
根据NASA官网的数据,它的基本档案数据如下:
  • 位置: 距离地球约1400光年,位于天鹅座方向。(即使飞船以光速飞奔而去,地球上的人需要等待2400年才能收到飞船抵达的信息)
  • 大小: 直径大约是地球的1.6倍,属于“超级地球”的类别。
  • 宿主恒星: 它的宿主恒星开普勒-452,与我们的太阳非常相似——同属G2型主序星(黄矮星),但年纪更大,约有60亿岁(比太阳老约15亿年),个头和亮度也略大一点点(大约亮10%)。
  • 公转周期: 它绕其恒星公转一圈需要385个地球日,和地球的365天相当接近。
  • 宜居情况: 最关键的一点是,它位于其恒星周围的宜居带内!想象恒星周围有一个温度“刚刚好”的区域——水能以液态形式存在于行星表面。
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    Kepler-22星系与太阳系的比较。 (绿色的部分为适居带)

    为何它的发现让全人类心潮澎湃?
    开普勒-452b的发现点燃了全球的热情,原因在于它同时满足了几个关键条件。
    首先,它的大小与地球极为接近,它的直径1.6倍于地球,这意味着什么?
    我们知道,太阳系中仅有水星、金星、地球和火星四颗岩石行星,它们的共同特点是——直径介于4800-12700公里范围内,这是岩石结构的行星所处的范围。太大的行星,像土星和木星都是气态的。
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    从左至右:Kepler-22b、Kepler-69c、这次的主角Kepler-452b、Kepler-62f、Kepler-186f,最右边的是地球

    所以,开普勒-452b有可能是像地球、火星一样的岩石行星(由固体物质构成),而不是像木星那样的气态巨行星。岩石行星才可能拥有固体表面。
    其次,它围绕“类太阳”恒星运行: 它的“太阳”开普勒-452,是已发现宜居带行星中最像我们太阳的恒星。这大大提升了其环境与太阳系可比性的预期。
    第三,它稳稳坐在所谓“宜居带”中,这是生命存在的必要条件之一。理论计算表明,它接收到的恒星能量,只比地球从太阳接收到的多大约10%。这意味着如果它拥有合适的大气层,其表面温度理论上可能允许液态水存在。
    最后,它存在于一个极为“成熟”的恒星系统,其恒星已有60亿年高龄。生命在地球上孕育花了数十亿年。开普勒-452b拥有比地球更长的、可能适合生命演化的时间窗口!
    但是,这位“地球表哥”真的比地球更宜居吗?
    答案很可能是否定的!
    为什么呢?
    因为我们必须清醒认识到,开普勒-452b并非地球的翻版,更可能是一个环境迥异、挑战巨大的世界。
    首先,它的大气层是未知的, 这也是目前开普勒-452b最大的谜团!
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    行星的大气层

    因为,我们目前无法直接探测开普勒-452b的大气成分。它是否拥有大气?大气有多厚?主要成分是什么(是氮氧?还是二氧化碳?或者有毒气体)?是否有足够的温室气体来维持适宜温度?是否有保护生命的臭氧层?一切都还是未知数。没有适宜的大气,液态水和生命都无从谈起。
    其次,它可能具有极强的“体重”压力,因为, 如果它是岩石行星,其质量估计是地球的5倍左右。这意味着它的表面重力可能是地球的2倍!
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    行星的大陆

    对人类而言,在这样的重力下长期生存极其困难,骨骼、心脏都会承受巨大压力。对可能存在的本土生命形式也是严峻考验。
    第三,是否真的有足够的水还是一个悬念。
    位于宜居带不等于一定有水。地球的水源一部分可能来自早期彗星撞击。开普勒-452b是否有类似历史?即使有水,是以冰、液态水还是水蒸气的形式存在?我们一无所知。
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    行星表面的水

    第四,可能存在所谓“阴阳脸”的问题。
    由于它距离其恒星相对较近(虽然位于宜居带内),它有可能像月球对地球一样,被母恒星“潮汐锁定”。即一面永远朝向恒星(炽热永昼),一面永远背向恒星(严寒永夜)。只有晨昏线附近区域才可能有温和温度,生存空间大大受限。
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    月球被地球锁死了,它的一面始终对着地球

    最后,它的表面可能存在无法忍受的强烈的“阳光”炙烤。
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    被恒星阳光炙烤的的地表

    根据观测,它的恒星Kepler-452比太阳略亮,它接收的辐射能量比地球多约10%。如果没有合适的大气调节(比如更厚的云层或更强的反射率),其表面平均温度可能显著高于地球,更易失控变成金星般的炼狱。
    如此一来,那Kepler-452b的发现意义究竟何在?
    没错,它的真正面目尚未揭开,况且,它距离地球1400光年,人类想实现移居实在是太难了,所以它的存在是不是毫无意义呢?
    非也!我们认为,它的发现,至少有三个方面的意义。
  • 它证明了类地行星的普遍性: 在类似太阳的恒星周围,在宜居带内,确实存在接近地球大小的岩石行星。地球并不孤独。
  • 它勾勒了“另一个地球”的蓝图: 它为我们寻找真正宜居的系外行星提供了关键参照和巨大信心。它告诉我们,寻找“地球2.0”并非痴人说梦。
  • 它激发了探索热情: 它的发现是驱动下一代更强大望远镜(如詹姆斯·韦伯空间望远镜)建设的动力之一,目标就是去直接观测和分析这类行星的大气成分,寻找氧气、水汽、甲烷等生命迹象的“生物印记”。
  • 虽然1400光年很远,但如果人类将来真的实现了接近光速飞行,那么乘坐这样速度飞行的飞船的人,对他们来说,抵达这个1400光年以外未来家园并不是问题。因为根据狭义相对论,他们可能一会儿就到了,从这角度,移居Kepler-452b还是有希望的。
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    宇宙中,也许地球并不孤单

    所以,开普勒-452b的发现,提醒人类——
    在浩瀚星海中,类似地球的家园可能并非独一无二。它的发现点燃了人类在星辰大海中寻找同伴的希望之火。然而,憧憬之余,我们也需保持科学理性——它严苛的重力、未知的大气和可能的极端环境,使其难以成为人类理想的新家园。
    它的真正价值,在于证明了“类地行星存在于类太阳恒星宜居带”的可能性,指引我们继续望向更深的宇宙,寻找下一个、也许更接近梦想的“地球兄弟”。寻找仍在继续,答案,或许就在下一颗星辰背后。
    参考文献
  • https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_potentially_habitable_exoplanets
  • https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_exoplanets_discovered_by_the_Kepler_space_telescope
  • https://www.space.com/42275-habitable-exoplanets-kepler-discoveries-revised-by-gaia.html
  • https://en.wikipedia.org/wiki/Kepler-452b
  • https://www.cnsa.gov.cn/n6758823/n6759010/c6774076/content.html
    --END--

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    发表于 2025-7-10 01:30 | 显示全部楼层
    密度一样的话,表面重力就是地球1.6倍。人得进化成土肥圆。最好还是重力比地球稍小合适,上去比较轻松。
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    先考虑好移居月球
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