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Apr. 21 2019

這顆迷你行星或許能透露地球最終宿命!

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  • 這張藝術家的想像圖描繪出新發現的恆星系統,有塊行星碎片繞著白矮星公轉。ILLUSTRATION BY UNIVERSITY OF WARWICK/ MARK GARLICK

天文學家發現一顆環繞白矮星的岩石球體,這可能揭露了50億年後的太陽系面貌。

1995年,在地球表面的一架望遠鏡收到了來自數百光年外微弱的擺動訊號,因此解答了困惑人類已久的宇宙謎團。原來這架望遠鏡所探測到的,是第一顆繞著類太陽恆星公轉的系外行星。這個破天荒的發現,證明了在太陽系之外的確有行星存在──而且可能為數不少。

在這之後,天文物理學家在銀河系裡,發現了將近4000顆繞著恆星公轉的系外行星。這些恆星和我們的太陽一樣,也處在生命週期中的主序星(main sequence stars)階段。恆星在這個時期會穩定地燃燒並發光發熱,通常持續達數十億年之久。

但最近研究人員竟發現,有顆行星體近距離地繞著白矮星(white dwarf)公轉,白矮星是燃燒殆盡、瀕臨死亡的恆星。這項研究成果發表在四月出版的《科學》(Science)期刊。這個史無前例的發現,讓我們得以一窺將來太陽開始走向滅亡之時,地球的可能宿命。

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↑↑↑↑↑101科學教室:系外行星

這個研究團隊是由英國華威大學(University of Warwick)的天文物理學家克瑞斯托福.曼瑟(Christopher Manser)領軍,他們利用光譜學的方法,收集並分析了來自白矮星周圍氣體盤內不同波長的光線,因而發現了這顆岩質天體。這是科學家首度使用這種方法,來確認繞著白矮星公轉的行星體。

曼瑟在電子郵件中說明,他們的研究團隊使用位於西班牙帕馬(La Palma)的加那利大型望遠鏡(Gran Telescopio Canarias),觀測「氣體盤中的鈣所發出光的顏色,並且每隔兩到三分鐘就收集一次光譜。」這樣的技術讓科學家得以偵測到氣體盤遠離及接近地球時,光線顏色所發生的微小變化。這種顏色的變化稱為「都卜勒擺動」(Doppler wobble),與聲音的「都卜勒效應」(Doppler effect)類似,也就是警車呼嘯而過時,鳴笛所發生的聲調變化。

曼瑟表示,「以我們的探測來說,我們根據顏色的變化而確認出有顆微行星以兩小時的週期在氣體盤中公轉。」因為這個天體的尺寸相對較小,因此研究團將它歸類為微行星。

重構行星

科學家為什麼要研究系外行星呢?其中很大部分的原因,是為了更了解我們太陽系的演化。如果正如曼瑟所想,這顆微行星過去曾經是顆像地球這樣的行星,那麼結果可能很殘酷。

當這顆行星體所環繞的恆星開始耗盡燃料並膨脹時──就如同大多與太陽類似的恆星面臨生命終點時那樣,巨大的引力會撕裂距離較近的行星,讓行星只剩下岩質的內核,並且產生碎屑盤。曼瑟懷疑,我們的地球也將面臨相似的命運。

他說:「在大約50億年後,太陽最後會耗盡燃料並且膨脹,那時它將吞沒水星、金星,而且很有可能也會吞沒地球。但火星和其他包括木星、土星、小行星帶在內的其他天體,可能會在整個過程中倖存下來。不過,這些天體可能會因為損失部分的質量,使得公轉軌道稍微變大一些。而最後,太陽會變成一顆白矮星。」

不過,根據未參與本研究的天文物理學教授──美國康乃爾大學(Cornell University)卡爾.薩根研究所(Carl Sagan Institute)所長麗莎.卡爾特內格(Lisa Kaltnegger)的說法,這樣的研究可能還是有光明面存在。如果繞白矮星公轉的微行星發生碰撞,最後可能會合併成為穩定的新行星。她研究了這樣的可能性,結果顯示這些重構的行星甚至可能適合生命居住。

她在電子郵件中寫道:「我們發現,當白矮星更為冷卻之後,這樣的行星能夠維持溫和的條件長達幾十億年。」舉例來說,儘管這顆新行星誕生之處的劇烈環境可能會讓行星表面的水消失無蹤,但之後可能仍會有富含水分的彗星撞擊這顆行星,重新帶來生命起源所需的液體。因此,她說:「與炎熱乾涸的死亡星球不同,在這顆行星上,生命可能會全部從頭來過。」

「這篇論文可以說是先拼起了整個謎團的第一片拼圖,確定在年輕白矮星周圍的微行星如何變成行星。」

現在,曼瑟希望把這種光譜學的方法應用在其它也有氣體盤的恆星系統。這些恆星周圍可能有更多的微行星,能幫助我們了解行星的生命週期,他說:「接下來,我們希望能找到更多這樣的行星。」

 

延伸閱讀:你看到的系外行星圖都是瞎畫的……嗎? / 101科學教室:海王星

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