历经数十年搜寻，科学家或发现临近系外行星
一颗暗淡的红色恒星从新发现的行星地平线上升起。
插图：ESO - M. KORNMESSER
撰文：NADIA DRAKE
仅仅6光年外，一颗冰冻星球似乎在围绕着一颗小小的红色恒星运转。如果这颗系外行星果真存在，它至少能满足一下天文学家数十年来的幻想，并将成为天文学家亟待了解的众多系外行星中最有希望的目标之一。
据《自然》期刊上昨日发表论文的描述，这颗新发现的行星所围绕的恒星是著名的巴纳德星（Barnard’s Star），即距离太阳最近的单星。明亮的半人马座阿尔法星系统，比巴纳德星近2光年，虽然也有自己的行星，但其实是三颗恒星组成的系统。相反，巴纳德星是一颗小型红矮星，比太阳的年龄更老，而体积仅相当于太阳的六分之一，不借助较好的望远镜，根本就看不到它，因此，直至1916年，它才被发现。
此外，巴纳德星一直都是众多科幻小说中的主角。这些小说早在20世纪60年代就激发天文学家推测它周围有公转的星球，而这又反过来推动小说作家们围绕这颗小小的光点编织出无数故事。
西班牙Institut de Ciències de l’Espai研究所的Ignasi Ribas说：“巴纳德星是夜空中最著名的恒星之一。人们一直都在那儿寻找行星。”
一颗小星球
尽管直到20世纪90年代，科学家们才确认了系外行星的存在，但早在这之前30年，荷兰天文学家Peter van de Kamp就报告称，似乎有两颗巨大的气态行星围绕巴纳德星公转。他的报告激发了人们去确认这类临近星球的存在。Ignasi Ribas说，Peter van de Kamp所称的行星几乎可以确定不存在，因为如果真有这么大的行星，他们的团队在最近的观测活动中应该早已发现。不过，巴纳德星周围可能真有较小的行星，而且正是因为尺寸较小而隐藏了几十年之久。
即便恒星如此之近，发现一颗较小的行星也不只是盯着望远镜那么简单。对于凌星法等寻找行星的技术（美国宇航局的开普勒太空望远镜正是采用的这项技术）而言，这是一个尺度的问题：能恰好能通过凌星法找到的排列组合相对罕见。不过，开普勒望远镜盯着一片拥有几万颗恒星的星空不动，才最终发现了几千颗行星。
还有一些技术并不依赖于此类排列组合，但所能发现的行星类型却有限。据美国加州理工学院的Erik Petigura称，大多数情况下，行星体积越小，能揭示行星存在的信号就越难筛选出来。
2016年，Ignasi Ribas及其同事把西班牙卡拉阿托天文台（Calar Alto observatory）的CARMENES设备对准了巴纳德星。他们要找的是巴纳德星运动中的微小摇摆，即公转行星对恒星造成的轻微引力扰动。6个不同观测设备收集了20年的数据已经表明可能有这样的一颗行星存在。如果确认，这些数据表明，这颗行星的公转周期约为233个地球日。
这张插图展示的是巴纳德星和半人马座阿尔法星系统与太阳系的相对距离。
插图：IEEC/SCIENCE-WAVE - GUILLEM RAMISA
历经300次额外的观测，Ignasi Ribas及其同事满意地发现，巴纳德星存在周期为233天的摆动。
Ignasi Ribas说：“现在，我们有800次测量数据正在发表。我们确定这个信号非常清晰地存在，因此，我们也很确定这个周期是存在的。”
但是，他们的工作并未结束。研究团队获得一个信号之后，需要排除其它可能导致摆动的源头，比如，恒星黑子或者活跃区（如耀斑等）也可能“伪装”成行星的样子。许多红矮星会产生巨大的耀斑，乍看之下就像是公转的行星。不过，实际观测发现，巴纳德星异常“平静而乖巧”，因此，Ignasi Ribas及其团队现在对他们的探测结果相当自信。
他说：“我们敢99%地肯定这就是一个行星信号，但是，99%还不是100%。假如巴纳德星的行星不存在怎么办？人们会去关注它很多很多次，（如果没找到它）人们肯定恨得想弄死它，但科学就是这样。”
英勇的尝试
可能并不意外，一些天文学家并不确信该团队发现了一颗这么近的系外行星。
加州理工学院的Erik Petigura说：“数据里显然有一些周期性的信号，而且令人安心的是，该信号存在于多个数据集里。但是，我不会称之为确切的发现。”
此外，耶鲁大学的Debra Fischer认为，支撑该团队论断的、为期20年的数据非常混乱，而且充满不确定性。
她说：“这是一次英勇的尝试。但是，即便他们分析了多次观测数据，他们所推断的信号也被测量误差所淹没。幸运的是，下一代光谱仪有更高的精度，而且正在服役，应该能够继续完成对这颗疑似行星的研究。”
如果后续的研究能证实这颗行星存在，那么，它的体积至少是地球的3倍，而且相当寒冷。它公转轨道较长，而且所围绕的恒星很暗淡，因此，其平均表面温度大约是-168℃。据我们所知，这一温度太低，地表不足以支持生命存活。
Erik Petigura说：“如果非要我推断这颗行星是什么样子，我认为它就像是木星或土星的某些卫星的放大版。它与木卫二、木卫三、木卫四或土卫六很像，有大量的岩石，不过也有水冰。”
关键问题是，这颗星球是否大得能够留住大气层。如果能，它就会像是一个膨大的迷你版海王星，而不像是一个固态的超大版地球。即便如此，Erik Petigura说：“即使这颗行星拥有像地球一样的大气层，它也太冷了，表面不可能存在液态水。”
话虽如此，科幻小说和电影中仍然有许多冰冻行星，比如《星球大战》中的霍斯星球（Hoth）、《星际迷航》中年轻的柯克船长与老年的斯波克相遇的织女四星（Delta Vega）。在《银河系漫游指南》中，巴纳德星的一颗行星只是太空旅行者的一个小站。
所以，即使这颗疑似行星对我们所熟知的生命而言太过寒冷，它仍然会是我们无尽想象中一颗迷人的星球。
（译者：mikegao）