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找到地球的大表哥?—談系外行星搜尋的最新進展

105/05/18 瀏覽次數 17977
克卜勒天文衛星在2009年發射升空,揭開了人類探索系外行星最精彩的一章!2015年7月,NASA宣布發現了一顆和地球所處環境非常相似的系外行星–克卜勒452b,它雖然質量是地球的5倍,直徑是1.6倍,都比地球來得大,但是它的母星克卜勒452卻和太陽極像,更重要的是這顆系外行星和它母星的距離,和地球到太陽的距離幾乎一模一樣!這是到目前為止,在適居帶裡找到和地球環境相似的最佳候選人,也是一個可以讓人期待地球生物能夠發展的友善環境!克卜勒衛星雖然只運行了短短4年,但所做的發現卻將名垂千古,在這個演講中,我們將細談系外行星發現的故事。

五月6日晚間的第六場春季展望演講,由國立自然科學博物館館長,同時也在台大物理系暨天文物理研究所的孫維新教授擔綱,孫教授以「找到地球的大表哥?—談系外行星搜尋的最新進展」為題,從我們生活所在,一個繞著穩定發光恆星公轉,並且花了46億年演化出萬千風貌的地球出發,探索系外行星的發展歷程,不僅帶領大家感受自然的百般奧妙,也在宇宙間尋訪地球可能的親戚,展開天文知識的遠行。

「Are We Alone?除了在地球上的人類,宇宙中有其他外星生物存在嗎?如果有,他們到底是善,還是惡?」相信許多人都曾經思考過類似的問題,甚至被此困擾,但較理想的方法,或許是深入瞭解搜尋太陽系外行星的過程,知道尋找合適環境的最新進展。孫教授表示,搜尋系外行星一直跟人類未來息息相關,我們終究會找到跟地球環境類似的行星,而且不會只有一個!

演講一開始孫教授先以那兩天在南投參加教育活動,觀察竹筍成長,以及近距離觀察螢火蟲生態為例子,鼓勵大家親身經驗自然,以自然為師。「唯有走入自然,才能愛護自然」,他分享了從中學習到寶貴的,而且格外難忘的知識,希望所有的朋友,有時間能體驗「大塊假我以文章」的震撼,並能進一步珍惜充滿學問,打開我們視野的大自然。

究竟別的地方有沒有類似的環境?目前尋找系外行星有多種方法,其中之一是直接照相,就如人類曾經直接偵測到恆星北落師門(Formalhaut)旁的行星(Formalhaut b)一樣。孫教授把哈柏望遠鏡拍攝的成果展示出來,可以看見一顆在巨大雲盤中的行星正在形成。另外一種方法是「雙星運動」,原理是觀察恆星運行時,它受到行星牽引的軌道變化。雖然一般行星相對於恆星的質量較小,作用力也不大,但他比喻就像一個小孩與大胖子,兩人手牽手於冰上繞圈,大胖子還是會受小孩影響而產生擺盪現象。我們知道以此方法,現在的偵測技術,連每秒一米的微弱速度(相當於軍隊正常行軍的速度,約時速4公里),居然都可以被觀察到,真的相當驚人!不過利用此種方法搜尋,讓我們找到的多半是距離恆星很近、體積大、密度低的熱木星(Hot Jupiters),但熱木星上溫度高、沒有固態地表,不太可能發展出期望找到的生命。

孫教授說,為了更進一步找到類地行星,聰明的科學家藉著觀察恆星表面亮度的變化來推測是否有行星存在,此原理是利用當行星經過恆星表面時,恆星受到阻擋,亮度會有短時間些微下降的現象。在1999年,科學家就以此方法找到了HD209458旁邊的行星,再配合光譜儀的拍攝,推測出HD209458行星上可能存在著大氣層。不過這種搜尋系外行星的方法,需要行星的軌道與觀測者的視角在同一個平面上,
才能看到行星阻擋恆星時亮度的週期變化。

二十一世紀開始,人類對於探索系外行星的熱情有增無減。孫教授再次介紹了重要的科學家:克卜勒(Johannes Kepler), 還準備了2009年擔任台灣天文年負責人時,他曾去捷克布拉格的一張相片,一個當地特別紀念克卜勒和他老師第谷的雙人雕像,也介紹克卜勒曾經居住的地方。2009年NASA克卜勒任務(Kepler mission)發射望遠鏡至太空,觀測目標對準天鵝座翅膀旁距離三千光年的區域,尋找行星遮掩恆星的畫面,成果真的十分精彩。截至2015 年,Kepler mission在監測的30萬顆恆星中,找到了兩千多顆確認的系外行星,並找到了808顆類地行星,而其中又以Kepler452b和地球環境最為相似,位於可發展生命的適居帶!

Kepler452b質量為地球的五倍、直徑為地球1.6倍,所以重力是2倍左右,它圍繞的母恆星年齡65億年,和我們的太陽很像。這顆類地行星的發現給天文界帶來很大的鼓舞,因為在目前很小的克卜勒衛星觀測範圍中,就已經找到在適居帶,而且與地球相似的生存環境。那麼在廣大的宇宙中一定存在著更多與地球相似的行星,更有可能發現除了我們,還有生命存在於系外行星。演講的最後,孫教授不忘將大家拉回我們可愛的母星─地球,提醒我們,在探索系外行星同時,不要忘了我們身處的環境與共生的夥伴!
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