撰文 | 鄭永春（中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái),、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)）

哥倫比亞大學(xué)天體生物學(xué)家Scharf說,，

“這是一個(gè)震撼人類種族心理的時(shí)刻！”

“海內(nèi)存知己,，天涯若比鄰,。”

在我們的太陽系附近,，就有一顆離我們最近的恒星——比鄰星,，與我們的地球之間僅為4.23光年。雖然經(jīng)過NASA過去幾年的新聞轟炸,，發(fā)現(xiàn)新的系外行星早已經(jīng)不是什么新鮮事了,，“第二個(gè)地球”的說法也已經(jīng)被濫用。但在距離我們那么近的地方,，發(fā)現(xiàn)了一顆和地球差不多大小的星球,，仍然讓人為之振奮。天文學(xué)家在比鄰星附近到底發(fā)現(xiàn)了什么,？他們是怎么發(fā)現(xiàn)的,？人類有生之年能否抵達(dá)那里？看看離地球最近的系外行星是什么樣的,？春哥知道你想了解什么,，盡己所能，奮筆疾書，為你逐一解讀,。

熱鬧非凡的巴西里約奧運(yùn)會(huì)剛剛落幕,，不甘寂寞的天文界立馬爆出大新聞,。8月24日晚（歐洲中部時(shí)間）,，位于智利的歐洲南方天文臺(tái)（European SouthernObservatory, ESO）召開新聞發(fā)布會(huì)，宣布在離太陽系最近的恒星——比鄰星周圍,，發(fā)現(xiàn)了一顆位于宜居帶內(nèi)的行星,！相關(guān)論文今天在Nature雜志線上發(fā)表，說明這一發(fā)現(xiàn)并非聳人聽聞,，而是通過了嚴(yán)格的同行評(píng)審,。

歐洲南方天文臺(tái)新聞發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)

歐洲南方天文臺(tái)官方網(wǎng)站發(fā)布頭條新聞，標(biāo)題是：最近恒星周圍的宜居帶發(fā)現(xiàn)行星,。1發(fā)現(xiàn)了什么

Nature雜志新聞宣稱,，“這是天文學(xué)的美夢(mèng)成真！也將是未來星際航行的鎖定目標(biāo),！”

天文學(xué)家在太陽系外發(fā)現(xiàn)了一顆新行星,，它被命名為比鄰星b（Proxima b），距離它的母星比鄰星只有700萬千米（0.047天文單位）,。而太陽系最靠近太陽系的行星——水星,，到太陽距離為57,91萬千米（0.38天文單位）。這顆新行星到母星的距離僅為水星到太陽距離的12%,，非?？拷淠感恰?/p>

新行星繞比鄰星一圈只需要11.2天,，而水星繞太陽一圈需要88天,，地球繞太陽一圈需要365天。

雖然離母星的距離非常近,，但由于比鄰星是一顆紅矮星,，質(zhì)量?jī)H為太陽的0.123倍，光度僅為太陽的1.55‰,，表面溫度約為2800K,，所以比鄰星b仍處于母星的“宜居帶”中，表面溫度可能處于液態(tài)水可以存在的范圍,。

比鄰星是南門二（半人馬座α）三合星系統(tǒng)中的三顆恒星之一,。相較于南門二雙星來說，比鄰星距離地球僅4.23光年,，更靠近地球,，是真正的太陽系隔壁鄰居。所以，本次發(fā)現(xiàn)相當(dāng)于鄰居家發(fā)現(xiàn)了新成員,，自然引起了全球媒體的廣泛關(guān)注,。

比鄰星比南門二雙星這兩顆恒星更靠近太陽。2怎么發(fā)現(xiàn)的

《科學(xué)美國(guó)人》雜志宣布,，“人類發(fā)現(xiàn)可能適宜生命的行星就在隔壁,，這將重塑科學(xué)歷史以及人類星際航行的夢(mèng)想！”

近幾年,，天文學(xué)家從未停止過對(duì)比鄰星（包括南門二雙星）周圍行星的探測(cè),， 

今年上半年，歐南臺(tái)位于智利拉西拉天文臺(tái)（La Silla）3.6米口徑HARPS光譜儀（高精度徑向速度行星搜索器,，High Accuracy Radial velocity Planet Searcher,，簡(jiǎn)稱HARPS）對(duì)比鄰星進(jìn)行了細(xì)致觀測(cè)。由于比鄰星亮度非常低,，視星等只有11等,，比相鄰的南門二暗幾萬倍。比鄰星的亮度在地球上完全無法靠肉眼觀察,，即使通過地面望遠(yuǎn)鏡要觀測(cè)也并不容易,。

天文學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)這顆黯淡恒星周圍的行星的呢？我們知道,，當(dāng)一顆行星繞其恒星運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),，行星的引力作用會(huì)使這顆恒星的視向速度發(fā)生微弱變化。這一變化反映在恒星光譜的吸收線上,，將產(chǎn)生非常小的多普勒效應(yīng),。為探測(cè)這種特別微小的多普勒位移，科學(xué)家發(fā)明了HARPS,，能探測(cè)到比人類步行速度還慢（小于每秒1米）的多普勒位移,。HARPS光譜儀成功捕獲到比鄰星存在非常微小的前后擺動(dòng)。所謂視向速度,，及我們觀察時(shí)看到恒星在靠近地球方向和遠(yuǎn)離地球方向的速度,， 

有趣的是，早在2013年,，歐洲南方天文臺(tái)和美國(guó)的部分天文望遠(yuǎn)鏡設(shè)備就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了比鄰星b的蛛絲馬跡,，但觀測(cè)結(jié)果還不是很有說服力。赫特福德大學(xué)（University of Hertfordshire）的青年天文學(xué)家 Tuomi 和 Anglada-Escude 首次注意到這顆行星的痕跡,。但由于資歷較淺,，他們很難申請(qǐng)到望遠(yuǎn)鏡的使用時(shí)間，只能將科研精力放到他人已經(jīng)發(fā)表的觀測(cè)數(shù)據(jù)上,。

Tuomi和Anglada-Escude根據(jù)2000-2008年收集到的觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示,，比鄰星的視向速度每隔11.2天就有一個(gè)小擺動(dòng),，幅度僅為1.4m/s（如上圖）。雖然,，這一擺動(dòng)很有可能是環(huán)繞比鄰星運(yùn)行的行星的引力干擾導(dǎo)致的,。但由于觀測(cè)數(shù)據(jù)不夠充分，他們撰寫的科研論文被拒絕接收,。

今年1月開始,，情況出現(xiàn)好轉(zhuǎn)，Anglada-Escude等說服歐洲南方天文臺(tái),，每天給他們20分鐘的觀測(cè)時(shí)間,，持續(xù)觀測(cè)60天。由于比鄰星是一顆黯淡的紅矮星,，所以這個(gè)新的觀測(cè)項(xiàng)目被稱為“黯淡紅點(diǎn)”計(jì)劃（Pale Red Dot）。他們把最新觀測(cè)的數(shù)據(jù),、以及歐洲南方天文臺(tái)及其他天文臺(tái)的早期觀測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合,，得到了非常清晰、遠(yuǎn)超噪音水平的信號(hào)——他們?cè)诒揉徯侵車l(fā)現(xiàn)了一顆新行星,。

“在60個(gè)不眠之夜里,，我每天都會(huì)仔細(xì)檢查數(shù)據(jù)，” Anglada-Escude說,，“前10天的觀測(cè)數(shù)據(jù)似乎充滿希望,，前20天的觀測(cè)數(shù)據(jù)則符合我們的預(yù)期，到前30天的時(shí)候,，一切看起來已經(jīng)確鑿無疑,！所以我們馬上動(dòng)手寫論文?！?月24日晚上,，他們的論文在Nature雜志在線發(fā)現(xiàn)，并正式向公眾宣布這一新發(fā)現(xiàn),。

觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示,，比鄰星有時(shí)以5千米/小時(shí)的速度靠近地球，有時(shí)候又以相同速度遠(yuǎn)離地球,。這個(gè)微小的變化正好處于HARPS的探測(cè)能力內(nèi),，天文學(xué)家由此推算出視向速度的重復(fù)周期為11.2天。再進(jìn)一步分析,，推算出造成這種觀測(cè)結(jié)果的原因,，可能是比鄰星周圍存在一顆約為1.27倍地球質(zhì)量的行星。

當(dāng)然,，研究團(tuán)隊(duì)仍然十分謹(jǐn)慎,，利用其它望遠(yuǎn)鏡設(shè)備逐一排除其他可能性,。比如，相較于太陽而言,，紅矮星本身的質(zhì)量很小,，光度也很弱，會(huì)表現(xiàn)出類似行星的特征,。

論文作者之一,，卡耐基研究所的天文學(xué)家Butler說，“在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi),，我們將星體視向速度的測(cè)量精度從300m/s提高到驚人的1m/s,，這使我們未來將發(fā)現(xiàn)大量系外行星！”Bulter指出,，“這也說明,，適宜生命的類地行星并不罕見，未來可以通過大型地面或空間望遠(yuǎn)鏡直接觀測(cè),?！?/p>

這個(gè)發(fā)現(xiàn)與今年人類在兩處LIGO設(shè)施首次探測(cè)到引力波信號(hào)有異曲同工之妙，“大自然小心翼翼地掩蓋著自己的秘密,，”Butler說,，“但你不會(huì)碰巧在兩個(gè)不同儀器上發(fā)現(xiàn)相互吻合的數(shù)據(jù)！”3難道又是第二個(gè)地球

論文作者,、英國(guó)Queen Mary大學(xué)天文學(xué)家Anglada-Escude說,，“許多系外行星已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，更多的行星也會(huì)被不斷發(fā)現(xiàn)”,，“但是在距離我們最近的地方發(fā)現(xiàn)類地行星,，哇，這對(duì)于我們而言是平生僅此一次的難忘經(jīng)歷,！”

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表了兩篇論文,，討論比鄰星b的宜居性及其氣候。他們發(fā)現(xiàn),，目前這顆星球上在特定條件下可能存在液態(tài)水,，在陽光最充足的地區(qū)，液態(tài)水或許能存在于地表,。比如,，類似月球以同一面朝向地球，這顆新行星同步自轉(zhuǎn)時(shí)朝向比鄰星的那一面,，或像水星與太陽那樣以3:2共振時(shí)的熱帶地區(qū),。

比鄰星b的自轉(zhuǎn)較特，加之受恒星輻射和行星形成歷史的影響,，比鄰星b上的氣候?qū)⑼耆煌诘厍?。這顆新行星上不存在四季變化,。

比鄰星b的約為地球的1.3倍，很可能是一顆巖石星球,，如上圖所示,，估計(jì)形成于49億年前。比鄰星b上收到的熱輻射強(qiáng)度是地球的65%,，位于比鄰星的宜居帶內(nèi),，如下圖所示。表面溫度約為零下40攝氏度,，相當(dāng)于地球上的南極,。這顆新行星有可能存在大氣層和液態(tài)水，但還沒有任何證據(jù)支持這一論斷,。

由于距離比鄰星實(shí)在太近了,，新行星上將遭受到非常強(qiáng)烈的紫外線和X射線照射，比地球周圍的太空環(huán)境更為惡劣,，也很難適合生命生存,。4人類有生之年能去成嗎？

論文作者之一,，卡耐基研究所的天文學(xué)家Butler說，“這一發(fā)現(xiàn)是人類過去30年天文探索不懈努力的巔峰之作”,。

系外行星觀測(cè)的進(jìn)展表明,，銀河系中的每一顆恒星，都可能有自己的行星,。人們甚至估算,，每一顆冷星（cool star）周圍都有20%的概率存在一顆適宜生命生存的類地行星。這個(gè)概率已經(jīng)相當(dāng)之高,。比鄰星周圍發(fā)現(xiàn)新行星的事實(shí)告訴我們,，太陽系之外還有許多我們的兄弟姐妹，在等待著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn),。

在過去幾個(gè)世紀(jì)里,，人類觀測(cè)到的宇宙圖景不斷被刷新，不斷被顛覆,。當(dāng)我們的目光觀測(cè)到越來越深遠(yuǎn),、越來越黯淡的宇宙，我們的地球,、人類和太陽系本身都顯得越來越渺小,。在大多數(shù)人被瑣事纏身的時(shí)候，我們也需要駐足遠(yuǎn)望,，低頭沉思,，浩瀚的宇宙中是否有我們的同類,，抑或整個(gè)宇宙中只有人類孤獨(dú)終老？

比鄰星b上的環(huán)境是否適宜生命還有很多疑問,。Anglada-Escude說,，下一步的主要工作，就是要在比鄰星b上尋找生命存在的可能性,。

發(fā)現(xiàn)離太陽系最近的類地行星,，不禁讓春哥想起了霍金等前不久剛剛提出的突破攝星計(jì)劃。由俄羅斯投資大亨尤里·米爾納等金主站臺(tái)的這一大膽計(jì)劃,，目標(biāo)正是比鄰星所在的半人馬座阿爾法星,。

2016年4月13日上午8時(shí)，著名天體物理學(xué)家史蒂芬·霍金在紐約更新了剛開張的新浪個(gè)人微博,，宣布將啟動(dòng)一個(gè)超級(jí)科研項(xiàng)目——“突破攝星”計(jì)劃：建造一個(gè)激光推進(jìn)的微型星際飛行器,，預(yù)計(jì)最快用20年抵達(dá)離太陽系最近的恒星系統(tǒng)——半人馬座阿爾法星。 

“突破攝星”計(jì)劃由美國(guó)宇航局（NASA）艾姆斯研究中心前總監(jiān)沃爾登帶領(lǐng),，背后的金主是俄羅斯互聯(lián)網(wǎng)投資人尤里·米爾納,。除霍金外，F(xiàn)acebook創(chuàng)始人馬克·扎克伯格也參與了該計(jì)劃的監(jiān)督委員會(huì),。目前,，該計(jì)劃已經(jīng)獲得高達(dá)1億美元的經(jīng)費(fèi)支持。

計(jì)劃中提出的“納米飛行器”,，可以在短短幾分鐘內(nèi)加速到光速的五分之一,，即每秒鐘飛行六萬公里。相比之下,，人類歷史上飛行速度最快的航天器——“新視野號(hào)”在飛越木星加速后的峰值速度也僅每秒鐘飛行20公里（每小時(shí)7.5萬公里）,，以這一速度飛到冥王星就用了10年時(shí)間，如果以這一速度飛到比鄰星,，則至少需要一萬四千年以上,，顯然是人類很難接受的。

因此,，米爾納和霍金希望研制速度為0.2倍光速的“納米飛行器”,，用21年就可以飛到4.22光年之外的比鄰星。目標(biāo)是希望快速抵達(dá)離我們最近的另一個(gè)恒星系統(tǒng),，去探索那顆恒星周圍的行星,，在帶去人類信息的同時(shí)，也把那里的信息帶回地球,。

“突破攝星”計(jì)劃盡管非常激動(dòng)人心,，但目前只能算是一項(xiàng)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，在理論上是可行的,，但距離真正的工程實(shí)現(xiàn),，還需要相當(dāng)漫長(zhǎng)的時(shí)間,。人類航天器在我們的有生之年，還基本上不可能飛出太陽系,，當(dāng)然也不可能飛到這顆新行星上,。

不管怎樣，在離我們最近的恒星周圍發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新成員,，相當(dāng)于我們的隔壁鄰居家來了一位不速之客,，素來少人問津的庭院一下子熱鬧起來。當(dāng)然,，喧囂之后,，一切將重歸寧?kù)o。

太空,，依然很空,。