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生命为何在此?太阳系可能拥有我们尚不了解的特殊性

外星人:那颗恒星边上没有生命才怪哩!

在外星人眼中,我们的太阳系可能只有一颗木星。Sean Raymond


外星人生活在别的恒星周围。假如他们望向我们的太阳,会发现什么?系外行星搜索技术的进步,让我们第一次能够回答这个问题。假如外星人离我们10光年远(对银河系而言,这只是隔壁),假如他们用我们现在的技术,在十年或二十年后,到我们的太阳周围寻找行星,会看到什么?


他们只能看到木星。


没有地球,没有火星。根本没有岩石行星!没有土星,没有小行星带,没有天王星和海王星。外星人只能看到木星。而且,也不是直接看到,只是感知。恒星之间太远,行星的体积又太小。外星人之所以能够探测到木星的的存在,能够算出它的质量和轨道,是因为太阳能够在木星引力的作用下发生摇摆。仅此而已。用我们现有的技术,外星人只能发现太阳系存在一颗木星。


此类天体系统的引力中心,位于恒星外部。(太阳系其它行星和太阳之间的引力中心都在太阳的半径之内。)那么像这样拥有一颗木星的太阳系在银河中有多少?


像太阳这样的恒星其实并不太多。



太阳周边30光年范围内各类恒星的分布情况(21颗白矮星没有算在内)。Franck Selsis


太阳是一颗G级星。这类恒星通常是黄色的,表面温度在5000至6000K之间。太阳周边30光年范围内,总共拥有400颗左右的恒星。这其中大部分是M级星,也就是所谓的“红矮星”。红矮星的寿命要比G级星长很多,但是更暗。太阳在邻近的恒星中,有那么一点古怪。假如根据“与太阳类似”这一标准去考察,那么太阳并不常见。它周围只有10%的恒星和它相似。


现在再来看木星。让我们对系外行星也作个人口普查。下面这张图表所表示的,是大约3000颗系外行星的质量和与主星距离的对应关系。



系外行星质量(Y轴)和轨道大小(X轴)的对应关系。颜色代表不同的探测技术。太阳系行星也在其中。Sean Raymond


和太阳一样,木星也不太常见。只有10-15%的类日恒星拥有和木星相似,也就是质量50倍于地球的气体巨行星。(事实上,已知系外行星中与太阳系岩石行星、土星、天王星和海王星相似的几乎没有。)


木星的另一个不寻常之处,是它的轨道。它的轨道几乎是圆形的,且比地球轨道大五倍。但在目前发现的所有系外气体巨行星的轨道中,只有10%左右是圆形的且比火星轨道大。综合几方面的因素,只有大约1%的类日恒星拥有类木行星。


还有一件事,让太阳系变得特殊。不是因为太阳系有了什么,而是因为太阳系少了什么。大约一半的恒星周围至少有一颗“炽热的超级地球”。这类行星通常和地球大小相仿,或更大一些。但它们的轨道比水星轨道还小。没人知道为什么我们的太阳系没有这类行星,不过有一种观点认为,这是木星造成的。


行星系统的结构,究竟是否会对其保有生命的能力产生影响?


知道了上面这些,我们就可以把这些因素综合起来,算一算太阳系到底有多特殊。我们可以用类日恒星的比例(10%),乘以类日恒星拥有木星的比例(10%),乘以类木行星拥有类木轨道的比例(10%),乘以类日恒星没有炽热超级地球的比例(50%)。结果只有0.05%。


这一结果告诉我们,银河社区中,每2000颗恒星中,只有1颗恒星拥有和我们太阳系相似的天体系统。这意味着什么?这意味着,即使不考虑是否有生命,太阳系在宇宙中也不是随处可见的行星系统。大多数行星系统和太阳系差异巨大。大多数行星系统的太阳是一颗小小的红矮星。大多数行星系统在离它们的太阳很近的地方有超级地球,假如那里有一颗气体巨行星,那么它的轨道要么还要小,要么会比木星轨道大得多。


但是我们不知道,这类太阳系是否也会有金星、地球、土星和火星。我们不知道在没有木星的太阳系里,或在围绕红矮星运行的太阳系里,地球和土星是否常见。人们渴望了解,有能力孕育生命的行星,和拥有木星的太阳系之间,是否存在着因果关系。也就是说,行星系统的结构,究竟是否会对其保有生命的能力产生影响?


对于这个问题,人们仍在寻求答案。“朱诺”探测器已经进入了环木星轨道,可能会为我们带来一丝希望。正如天体生物学家Caleb Scharf在《哥白尼情结》一书中所言:“部分答案,无疑就存在于引力系统的物理特性中,存在于幼星周围聚集起来的星际物质原始羹汤中,存在于气体粒子旋涡的内在吸引中。但要掌握解谜的关键,可能也只有等待机遇的到来。”


Sean Raymond 文  / 老孙


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