逃離地球？去比鄰星b炒房之前，你先搞清這些事再說
作者：Sean RaymondElizabeth Tasker
翻譯：水白羊，Ent
編輯：Ent
兩年前，我們發現了第一個地球大小的行星——開普勒186f。它舒適地公轉在恆星的「宜居帶」里。它的太陽是開普勒186，昏暗而遙遠，比我們所希望的冷了一些，不過還是有生命的潛力。但不管怎樣，開普勒186f已不再是「最佳宜居候選世界」中的一員了。
比鄰星的周圍有一顆可能適合居住的行星。
圖片來源：Hubble ESA/Flickr
還有你們：開普勒-62f，格利澤- 667c，開普勒-452b。是，每一個都那麼迷人，但是每一個又總有那麼些不盡人意的地方：要麼你們的太陽太昏暗，再過幾十年也看不清楚；要麼和地球比你們的個頭實在太大，我們都不確定你們是不是真的是岩質行星。所以，都給我靠邊站！新選手已經上場了，它叫比鄰星b（Proxima b）。它的質量下限只比地球高30%，很可能是個真正的岩質行星；它的軌道就在恆星的宜居帶里。
正在建設的歐洲極大望遠鏡（E-ELT）
更棒的是它的太陽——比鄰星（Proxima），離我們最近的恆星，沒有之一。4.3光年的距離是開普勒 186f的1/130，全世界的天文學家都對比鄰星b垂涎三尺。用不了十年我們就能給它拍照，搜索生命的跡象。歐洲極大望遠鏡（E-ELT），這頭正在建設的39米大的巨獸，到2024年就能從智利仰望星空了。這架望遠鏡將能直接看到比鄰星b的真容，不用再像別的行星那樣靠間接方式去推斷它的存在。這就給了天文學家們誘人的機會去探查比鄰星b的大氣層和地表。我們可以直接搜尋水甚至地表生命的跡象了。
但是——總得有一個但是——它不是你所想像的那種「宜居」行星。現在還不是。
關於比鄰星b，
我們到底知道了什麼？
1
我們只知道它質量的下限
不知道真實質量
此次探測到它的方法，叫做「徑向速度」法：我們看不到行星本身，但是行星的引力會對它的恆星有微弱的影響，從而改變太陽的運動。然而，我們只能看到恆星一個方向上的運動，看不到另一個。
這就像是我們想看熱氣球影子的位置來判斷它的運動。我們很有可能低估了氣球移動的距離，因為它上下移動不會改變影子位置。我們可能覺得氣球水平移動了這麼一點路程不費什麼力，但其實它費了很多力去爬升了很大距離。比鄰星b，或者任何依靠徑向速度法找到的行星，都有這個問題：它很可能其實很重，但大部分引力是在把恆星往「上」拉，而沒被我們發現。
圖片來源：creativefan.com
現在我們還不知道比鄰星b的軌道是什麼樣的。如果它的位置正好對上了，那麼它的重量確實就是1.3個地球。如果它的位置不對，那麼完全有可能超過地球的70倍，變成木星那樣的氣態巨行星。假如軌道是純隨機的，那麼「中間」的可能性大約是2.6個地球。
不過，純猜的話，它是岩質行星的概率確實比較大。有一個經驗規則是，直徑不超過1.5倍地球的行星通常是岩石而不是氣體。如果岩石成分和地球差不多，那麼這個規則對應的質量就是4.5個地球，比2.6大。但是這依然還是猜測，只是給了一個樂觀的理由而不是真正的依據。
2
我們只知道它的軌道位置
不知道大氣層情況
比鄰星b位於「宜居帶」里，這意味著它接受的光和熱，與地球相差不太多。它距離比鄰星很近，但比鄰星本身又是一顆很弱小的紅矮星。綜合起來，比鄰星b接收到的光和熱，是地球的三分之二：一個相當不錯的數字。
問題是，決定一顆行星表面溫度的，不光有它的位置，還有它的大氣組成。而我們對比鄰星b的大氣層一無所知。
換句話說，「宜居帶」是個糟糕的名詞，位於這裡的行星並不自動變得「宜居」。
行星Gliese-832c 與地球
2014年，人們發現了一顆距離我們僅16光年的行星Gliese-832c （當時也引發了媒體的熱炒）。它的位置正好在宜居帶的內側。然而，這顆行星有一個致命的問題：它的質量是地球的5倍。有如此質量，它完全能吸引一個十分稠密的大氣層。就算它的大氣組成和地球一樣，其中的溫室氣體也足以造成強烈的溫室效應，足以讓所有的水蒸干，變成類似於金星的面貌（應該沒有人會認為金星是宜居的，人類發射到金星大氣層里的探測器都沒幾個活下來）。
3
我們只知道觀測到的一個信號
不知道它是不是一定真的存在
記性好的人可能會覺得這一切關於比鄰星的新聞似曾相識。你們沒錯：2012年，在半人馬座α星B的周圍就曾經「發現」過一個地球大小的行星。（半人馬座α是一個三星體系，分別稱為A、B、C，而C就是此次的主角比鄰星。）然而，後續的數據分析表明這是一個信號假象，因此這一發現被撤回了。
半人馬座α星
這種烏龍算不上常見，但很正常。畢竟和恆星比起來行星很小，能帶來的擾動也很小；而擾動又不止它一種，耀斑黑子等等都能帶來。而比鄰星是一顆紅矮星，紅矮星正是以巨大耀斑而出名的——有些超級耀斑爆發甚至能在幾分鐘內令亮度加倍。（這也讓比鄰星b遭受了數百倍於地球的X射線轟擊，倘若它沒有磁場保護，那它的大氣就會很快被剝光；但此刻我們暫時不討論這個問題。）
比鄰星b的數據看起來是不錯的，有樂觀的理由；但是這畢竟是紅矮星，還是需要其他的獨立觀測才能最終把假信號排除。不過等到歐洲極大望遠鏡建成的時候，我們將能直接看到它，也就能沒有絲毫疑義地確定它的存在與否了。
事實上，那時候我們大概就能解決以上全部三個問題，畢竟比鄰星離我們太近了，它會是第一個被我們真正理解的地外行星。讓我們在此樂觀一點，暫時認定這幾點都不是問題吧——那麼接下來的問題就是，要怎樣的它才能真的適合生存。
異星太陽生存手冊
這是用普通單反相機長時間曝光疊加後得到的一張半人馬座星空。左側的亮星是半人馬α的A和B，它們距離很近，形成一個肉眼和小望遠鏡無法區分的單一亮斑。右側的亮星則是半人馬β。比鄰星（也就是半人馬αC）雖然因為引力的關係而劃入半人馬α，但其實和AB有一點距離：圖中紅圈圈住的位置就是它。Skatebiker/ Wikimedia commons
比鄰星b和地球最大的區別就是它們的太陽：它們的過去截然不同，未來也不會一樣。我們的太陽是個明亮慵懶的黃色恆星。在未來的大約50億年中，它會逐漸變成一顆狂暴的紅巨星，吞沒地球的軌道。比鄰星就不一樣了，它是一顆焦躁的紅矮星，只有太陽1/10的體重，亮度也只是太陽的1/700。它還要和比鄰星b再做4萬億年的好夥伴。
儘管比鄰星實際上要比太陽小很多，但由於距離很近，在新發現的行星上看來，比鄰星的大小是地球上看到太陽大小的3倍。圖片來源：ESO/G. Coleman
地球的誕生經歷了大約1億年和無數的碰撞，等到終於成型的時候，太陽已經進入了穩定期，也就是所謂「主序」：由內向外的熱壓和由外向內的引力達到了平衡。但是，比鄰星b的形成很可能就比地球快多了，也許只用了幾百萬年；相比之下它的太陽卻用了幾億年的時間才進入主序。在這幾億年的時間裡，比鄰星比今天亮很多；隨著它逐漸安定下來，它的宜居帶也逐漸向內收縮，最終才覆蓋了比鄰星b的公轉軌道。換句話說，比鄰星b曾經在非宜居帶毫無生機的熾熱軌道上度過了大約一兩億年的時光！
把一個岩質行星放在這樣的軌道上烘烤，本來能像地球一樣孕育生命的星球也可能會變得像金星一樣乾枯荒涼。比鄰星b是不是也經歷過這樣的遭遇呢？
肖恩·雷蒙德（Sean Raymond）的團隊進行的一項研究模擬了這個過程：在進入宜居帶之前，比鄰星b可能被蒸走了1「地球水」（也就是地球表面所有水的總量）。不過它的地幔里可能也像地球一樣還有備用的水源。地球的地表之下就有大約0.3-10個「地球水」的儲備。假如我們的整個海洋突然被挪進了太空，從火山中噴發出來的氣體還能補回一些失去的水分。
圖片翻譯自：planetplanet.net
不過我們不知道這個星球上最初有多少水，因為我們不知道整個星系是如何形成的。比鄰星在最初的時候可以比地球更乾燥，可以比地球更濕潤，也可以差不多。它的地表可能最初有兩份的水量，最後只剩下一份；也可能最初有100份，最後剩下99份；也可能最初就只有半份，最後一片乾涸。我們無從得知。
不過討論總得繼續，假設比鄰星b在進入宜居帶的時候還有一些水分，也有它的大氣層。那這個星球的氣候會是什麼樣的呢？
雷蒙德的團隊通過一系列針對比鄰星b的3D模擬探索了不同條件下可能出現的情況。結果五花八門，比鄰星b上可能出現各種各樣的氣候，完全取決於至少三個因素：地表的水量，大氣中溫室氣體的含量（我們模擬的時候全部作為二氧化碳處理），以及星球的自轉。
地球轉得很快，這你大概能注意得到。每繞太陽轉一圈，地球會自轉365圈。比鄰星b可就不一樣了。它離它的太陽太近了，潮汐力令比鄰星b的自轉只有兩種可能：要麼同步自轉，永遠只有一面向著它的太陽，像月亮繞地球；要麼自轉和公轉被軌道共振鎖定，每公轉2周，自轉3周，像金星繞太陽。比鄰星b的自轉肯定是這兩種狀態當中的一個，只是我們還不知道是哪一個。
如果這顆星球的自轉是同步的，那麼它的表面就一定有一個熱點區域，它的太陽時刻照耀著那裡，終日烈日高懸。而另外半球則終日不見陽光。如果這顆行星上只有少量的水——譬如平鋪在整個星球上不到10米深——那麼寒冷黑暗的那半邊就可能存在湖泊，不過「日不落」的這半邊就不會有液態水的存在了。它將會是一種「眼球行星」：白天黑夜兩個半球涇渭分明。但如果大氣層太薄，水就會以冰的形態被封存在寒冷黑暗的那半邊星球，這樣的「眼球行星」就相對更惡劣一些。如果大氣層太厚呢？那所有的水都會蒸成水汽，被困在大氣層里。
「冰眼球」版比鄰星b。在這個版本里，它擁有全球性的海洋，大氣層的組成和厚度都和地球相當。
圖像來源：Martin Turbet / LMD
如果同步自轉的比鄰星b上的水遠比10米深來得多，那在「日不落」的半球也同樣可能存在湖泊，甚至是覆蓋全球的大洋。依大氣條件不同，這種情況下也可能出現冰蓋，甚至整個星球都可能變成冰封的眼球行星，只有那個最熱的熱點地區附近會有融化的水面。
如果比鄰星b的自轉不是同步的，那這個星球上最熱的就是赤道區域。這時如果星球上只有少量的水，就會有沿著赤道形成湖泊；如果有大量的水，就會出現覆蓋全球的大洋，而赤道附近的水溫最高。大氣層很薄的時候，兩極也會出現冰蓋。然而與同步狀態不同的是，這時的星球會面臨全球封凍的風險（就像進入了永恆的冰河期）。不過這種情況只有當水量充沛，大氣層又非常稀薄的時候才會出現。
如果比鄰星b的自轉不是同步的，那麼這顆星球上最熱的地方就在赤道帶上。
圖像來源：Martin Turbet / LMD
自轉很重要：比鄰星b在不同大氣二氧化碳強度條件下可能出現的所有氣候情景。
圖片翻譯自：Martin Turbet / LMD
總而言之：比鄰星b在很多的情況下都能擁有地表水。當然，前提條件是它在恆星還處在狂躁的青春期時存了些水下來。還有另外一個可能影響適宜居住的障礙，那就是比鄰星b接收到的能量輻射。與地球相比，那裡的X射線強度高了250倍，極紫外光強度高了30倍。我們不知道這些輻射會對這個星球的大氣層造成什麼樣的影響，不過，應該不會把生命的存在一票否決。
也許這就是我們一直在等的那顆行星，或者也可能不是。但無論如何，我們很快就能知道了——就在我們這一代人的時間裡。
少年，吃怕了黑木耳試試這個綠木耳煙民父母，你讓孩子動脈硬化的風險增加了多少？太好騙了……啥也沒變的魔術，照樣有人覺得「好神奇哦」一個魚膽可以毒倒一個成年人除了紅毛丹，還有綠毛丹、紫毛丹！
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