國際科學家證實存在一顆潛在的宜居行星，名為 GJ 887d，距離紅矮星的宜居帶僅 10 光年。這個世界的質量至少是地球的六倍，每 50.8 天繞恆星 GJ 887 運行一次，並接收地球從太陽吸收的大約 80% 的能量。位於智利的歐洲望遠鏡收集的數據表明，這是在適當條件下可能存在液態水的最近行星之一。
這項研究由哥廷根大學天體物理和地球物理研究所的天文學家 C. Hartogh 領導，聖安德魯斯大學和義大利國家天文物理研究所參與，標誌著尋找潛在宜居世界的重大進展。儘管距離宇宙很近，GJ 887d 仍然無法進行載人旅行。帕克太陽探測器是人類創造的速度最快的物體之一，需要 16,000 到 17,000 年才能以每小時 692,000 公里的速度到達地球。
充滿謎團的恆星系統
GJ 887，也稱為 Gliese 887 和 Lacaille 9352，是一顆冷紅矮星，發出的光度僅為太陽的百分之幾。這一奇特的特徵顯著地將宜居帶移至更靠近恆星的位置，使軌道相對較近的行星保持潛在的溫和溫度。低恆星亮度對於未來的觀測來說是一個至關重要的優勢，因為與以更大質量和更明亮的恆星為主的系統相比，它提供的噪音和乾擾更少。
除了 GJ 887d 之外，研究還證實在圍繞恆星更內部的軌道上還存在其他三顆行星。第五個較弱的訊號表明可能存在另一顆小行星，儘管研究人員強調，這個最新的候選行星需要額外的觀測才能最終確認。多行星系統的複雜性顯示 GJ 887 擁有一個動態且結構化的環境。
GJ 887d 的軌道距離使其距離主恆星約 3,200 萬公里。結合上下文來看，這代表著比水星與太陽的距離要近得多。儘管距離紅矮星如此之近，但這顆行星僅接收了地球吸收的 80% 的太陽能，使其處於宜居帶的參數範圍內，理論上，液態水可以保存在其表面。
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揭示地球的科學方法
天文學家使用徑向速度法來探測 GJ 887d，這種技術可以測量恆星由於其繞軌道運行的行星的引力而引起的微小來回運動。這種方法不是直接觀察行星，而是辨識出揭示其存在的恆星振盪。這些數據是使用智利歐洲南方天文台運行的兩台高精度攝譜儀收集的：HARPS 和 ESPRESSO，這兩種儀器因其探測系外行星的能力而受到全世界的認可。
團隊面臨的一個根本挑戰是區分來自行星的真實訊號和 GJ 887 本身星黑子產生的噪音。為了解決這個問題，科學家實施了一種稱為高斯過程的先進統計模型，它作為一個複雜的數學過濾器，能夠從收集的原始數據中減去恆星幹擾。這個過程可以確認 50.8 天的訊號實際上對應於一顆繞軌道運行的行星，而不是恆星的自然變化。
這項工作還測量了 GJ 887 在大約 39 天內的自轉，並以此週期作為參考，進一步將恆星噪音與真正的行星訊號分開。這種方法展示了配備奈米精密儀器的現代地面天文台如何無需直接太空旅行即可探測遙遠的世界。對先前觀察結果的重新分析與新數據相結合，鞏固了先前提出的結論並擴展了有關該系統的知識。
宜居帶及其不確定性
美國太空總署將宜居帶定義為與恆星的距離，在該距離處，繞其運行的行星表面可能存在液態水。這個定義在尋找潛在生命世界時起到了有用的過濾作用，但它並不能自動保證海洋、可持續大氣甚至有利於生命的條件的存在。它是一個開啟可能性的初始參數，而不是絕對的確定性。
在GJ 887d的具體情況下，該研究的溫度估計僅考慮恆星輻射而不考慮大氣層的影響，按照地球標準，其溫度值低於攝氏零度。然而，足夠稠密和適當組成的大氣可以將這些溫度提高到與液態水更相容的水平。相反的風險也存在：不受控制的溫室效應會將地球變成類似金星的岩石地獄，那裡的溫度徘徊在攝氏 465 度左右。
GJ 887d 的質量約為地球的六倍，它可能由與我們的星球類似的固體岩石組成，或擁有極其稠密且富含氣體的大氣層。這種成分的不確定性仍然是主要的懸而未決的問題之一。確定世界的地質和大氣性質需要更複雜的觀測技術，而這些技術仍在開發中。
為什麼安靜的紅矮星帶來希望
紅矮星經常產生強烈的太陽耀斑，能夠逐漸侵蝕附近行星的大氣層，使它們成為捕獲氣體和水的惡劣環境。這種現像是研究圍繞這些恆星運行的世界時的主要關注點之一。然而，GJ 887 表現出明顯不同的行為。 2020 年《科學》雜誌上發表的一份報告強調，GJ 887 的異常低活性是其行星大氣層保護的積極因素。
與其他類似系統相比，恆星的相對穩定性創造了更有利的條件。例如，比鄰星 b 仍然是科學爭論的主題，因為它的主恆星發生強烈的噴發，這可能會損害任何附近世界的宜居性。 GJ 887 提供了一個獨特的場景，其中當前的恆星平靜不僅有利於遠程觀測，而且還暗示了一段不太動蕩的歷史，可以在數十億年的時間裡保存大氣層。儘管今天的一顆平靜的恆星並不能證明它在遙遠的過去是平靜的，但這一特徵提高了相對宜居性的可能性。
遠端觀測作為探索工具
即使距離只有 11 光年，GJ 887d 仍然完全無法以當前的太空技術執行直接任務。科學家不使用旅行，而是使用遙感，即透過分析地球發出的光和輻射來提取資訊。這些觀測可以揭示整個軌道上的溫度變化、大氣特性、雲的存在以及可能的溫室氣體。
- 使用的遠端檢測方法：
- 大氣成分分析的光譜學
- 光度法測量軌道溫度變化
- 使用先進的干涉測量法直接成像
- 熱分析來估計表面特性
- 在未來的觀察中尋找光譜生物標記
GJ 887d 的相對距離提供了至關重要的觀測優勢。附近的一顆明亮恆星為未來的太空天文台提供了更多可供使用的光子，從而顯著改善了直接拍攝影像或執行精確熱測量的嘗試。如果科學家能夠限制溫度變化和表面反射率，他們就可以確定這顆行星是一個具有潛在溫和氣候的岩石世界，還是一個具有難以穿透大氣層的緻密迷你海王星。
天文學的下一步
GJ 887d 調查中的下一個大問題是明確而基本的：這顆行星是否有充足的大氣層，如果有，它是否能夠在表面上支持液態水？由於從地球觀測時 GJ 887d 不會凌日於其恆星前方，因此許多傳統的大氣測試在技術上變得具有挑戰性。這並不意味著不可能，只是必須開發和完善替代方法。
在不久的將來，下一代太空觀測站將擁有前所未有的分析能力。已經投入運行的詹姆斯韋伯太空望遠鏡及其計劃中的後續望遠鏡將提供不斷提高的分辨率和靈敏度來描述遙遠系外行星的大氣特徵。當新技術出現時，GJ 887d 的發現使這個世界進入了密集觀測的最佳候選名單。
GJ 887d 的重要性不在於明確肯定生命世界的存在，而是為未來的科學研究創建了一份最有希望的目的地清單。宇宙鄰近性、宜居帶位置和異常安靜的紅矮星相結合，使 GJ 887d 成為一個特殊的目標。這種組合在已知的宇宙中是罕見的，使得這顆行星在未來幾十年的觀測計畫中具有特殊的戰略意義。