在太阳系中,有几个行星有可能孕育生命的环境条件,比如木星的卫星木卫二和土星最大的卫星土卫六。现在,科学家认为类似的情况可能存在于太阳系以外的其他行星系统中。

搜寻外星卫星

对于那些致力于在宇宙中寻找生命的人来说,尽管我们已经发现了如此多的系外行星,但他们的内心感受是复杂的:大多数被发现的系外行星被证明是巨大的气态行星,不适合生命存在,它们的轨道通常非常接近恒星,这导致了极高的大气温度和异常的环境条件。

然而,幸运的是,由于不懈的努力和技术进步,科学家们开始发现更多类似于地球的由岩石组成的行星,其中一些甚至位于可居住区内,因此可以认为液态水可以存在于这些行星的表面。

但是天文学家也开始寻找另一个可能的生命天堂——围绕外行星存在并围绕它们运行的天然卫星,也称为“外卫星”

考虑到在寻找系外行星时遇到的巨大技术困难,找到那些比行星小得多的系外行星听起来几乎是不可能的,但是这样的困难引起了美国哈佛大学史密森尼天体物理学中心的大卫·基平博士的兴趣。

他说:“我们的兴趣更多地来自一个令人兴奋的前景。我想挑战相关模型的构建,这几乎与人们挑战珠穆朗玛峰的动机相同。”他说:“直到2009年,我们才刚刚开始用凌星方法探测一些系外行星——那一年,美国宇航局的开普勒太空望远镜发射,专门探测围绕其他大小接近地球的恒星运行的系外行星。所以我们不禁要问,既然我们能探测到更小的岩石行星,我们也应该能找到那些岩石卫星。”

开普勒太空望远镜

开普勒太空望远镜开普勒太空望远镜,发射于2009年,是第一个专门设计的使用凌日方法探测外行星的太空设备。它将持续监测某一天的区域,并观察恒星亮度的极其细微的变化,这是由于行星挡住了从它们前面经过的恒星的光线而引起的。

开普勒太空望远镜是第一个专门设计的利用凌星原理搜寻外行星的装置。它的镜头将持续瞄准预定的天空区域进行观察,并探测观察区域内恒星亮度的微小变化。如果行星围绕恒星运动,当它在恒星前面运动时,它会阻挡观察视线,导致恒星亮度短暂的轻微下降。

在此之前,科学家们使用了更多的引力摄动方法来寻找系外行星,也就是说,以非常高的精度来观察恒恒星的位置。如果附近有一个行星体,行星体的质量会导致恒星轻微地前后晃动,从而暴露行星体的存在。然而,这种方法有一个很大的缺陷,那就是它只能找到质量较大的气体大行星。对于由岩石组成的系外行星,类似于地球,很难找到质量较小的系外行星。然而,凌星定律通过观察恒星亮度的变化来寻找行星,使用完全不同的方法,灵敏度相对较高。当然,这些方法都有相同的本质,即使用足够灵敏的设备在正确的时间观察目标。

然而,使用这种技术搜索系统外的卫星并不容易。然而,作为开普勒外星卫星搜索项目(HEK)的负责人,基平仍然决定接受这个挑战。他说:“这是一个非常困难的问题,但现在我们或多或少地把它从猜测变成了科学。我们已经开发了一些可以用来进行这种搜索的技术,所以现在我们致力于下一个挑战,那就是找到这些卫星,看看它们是否与我们太阳系中的天然卫星相似或完全不同。”

根据我们现有的行星形成理论,至少有一种太阳系外卫星应该是无处不在的:我们太阳系中所有气态巨行星都被充满大量气体、冰和碎片的区域所包围,这些气体、冰和碎片将很快结合形成一个天然的卫星系统。

在某些情况下,例如木星的四颗伽利略卫星和土星最大的卫星土卫六,这些卫星实际上和大型岩石行星一样大。它们表面有复杂的地形特征:火山、冰冻的海洋和复杂的大气。所有这些使它们成为寻找太阳系生命的候选者。理论上,类似的天然卫星也应该围绕着同样是气态巨行星的系外行星形成,这样的卫星很可能成为生命的潜在场所。

多少?

哈佛-史密森尼天体物理学中心的大卫·基平博士说,我们在宇宙中发现生命的最佳机会可能不是在系外行星上,而是在位于可居住区的系外卫星上。

吉平说:“事实上,由于科幻电影和小说的影响,人们对部门外的卫星概念并不陌生,尽管他们以前从未真正听说过这个名字。我们寻找的一个有趣原因是,我们知道气态巨行星很常见,甚至在可居住区运行的巨行星也很常见。”

他强调说:“目前,天文学的一个主要问题是评估位于可居住区并与地球相似的系外行星存在的可能性。开普勒的发射使我们能够对“系外行星”这一术语进行定量估计:最近的一项分析表明,大约2%的类日恒星在其周围的可居住区有一颗岩石行星。

他说:“在这个阶段,你可以认为这个比率是高还是低,因为银河系中有太多类似太阳的恒星。该研究还指出,拥有气态巨行星的类太阳恒星占成员总数的8%。因此,即使这些气体巨星中只有1/4的成员拥有相当大质量的岩石卫星,并因此保留了大气,在可居住区的岩石卫星的数量将接近甚至超过具有相同条件的系外行星的数量。甚至有可能我们实际上是奇怪的生物,它们实际上生活在一个星球上,而不是卫星上。如果我们想了解银河系的生活场景,那么我们必须考虑卫星的情况。”