比邻星b

太阳系外行星之一

比邻星b

比邻星b（英语名：Proxima b）是一颗太阳系外行星，位于南门二系统中的红矮星比邻星适居带内，距离地球约4.2光年（1.3秒差距），在天球上位于半人马座 。[0][7]比邻星b是已知距离太阳系最近的系外行星，也是已知距离最近的适居带内系外行星。比邻星b的质量大于或等于1.07±0.06 M🜨，绕恒星一周需要11.2天，轨道半长轴约为0.05天文单位。[6][3]

比邻星b（英语名：Proxima b）是一颗太阳系外行星，位于南门二系统中的红矮星比邻星适居带内，距离地球约4.2光年（1.3秒差距），在天球上位于半人马座 。[1][8]

比邻星b是已知距离太阳系最近的系外行星，也是已知距离最近的适居带内系外行星。比邻星b的质量大于或等于1.07±0.06 M🜨，绕恒星一周需要11.2天，轨道半长轴约为0.05天文单位。[7][4]

根据观测资料，比邻星b相对于地球的运动速度大约为时速5千米。由欧洲南方天文台（ESO）于2016年8月24日宣布，比邻星b通过使用径向速度方法研究其母星而得到证实。此外，这一发现引起了对整个阿尔法半人马星系的兴趣。[9][10][3]

观测历史

英国赫特福德大学的天文学家米科·图米从存档中比邻星的径向运动资料中首次注意到比邻星b的蛛丝马迹。为了确认比邻星旁这颗行星的存在，欧洲南方天文台于2016年1月启动“黯淡红点”（Pale Red Dot）计划。[3]

根据“黯淡红点”的项目取得的数据，比邻星有时会以每小时5公里的速度靠近地球，有时又以相同速度远离地球。天文学家由此推算出径向速度的重复周期为11.2天，进一步分析出，造成这种结果的原因可能是存在着一颗质量约为地球1.27倍的行星。[11]相关的观测是由两组摄谱仪完成，分别是拉西拉天文台ESO 3.6米望远镜的高精度径向速度行星搜索器（HARPS）和甚大望远镜的紫外线与可见光阶梯光栅摄谱仪（Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph，UVES）。[3]

德国《明镜》周刊于2016年8月12日出版的文章就泄露了欧洲南方天文台的这项发现，并且相关传闻迅速传播[12]。欧洲南方天文台否认其与泄漏有关，并且在同年8月24日正式发表论文，宣布确认了行星的发现，但对之前“泄露”事件的相关信息一概拒绝提供更进一步的消息与评论[13]。

比邻星b
比邻星b

物理特征

比邻星b是类地行星，质量大于或等于1.07±0.06 M🜨。实际质量则因为轨道倾角不明而无从得知，但低于3倍地球质量的几率是90%。假设它是由岩石组成并且密度与地球相当的话，它的半径至少是1.1R⊕。如密度较低或真实质量大于质量下限，半径将会更大。[14][4]

轨道特征

比邻星b的轨道周期11.86日，轨道半长轴约为0.05天文单位，即地球轨道半长轴的5%。相较之下，太阳系内距离太阳最近的行星水星的轨道半长轴为0.39天文单位。比邻星b从母恒星接收到的辐射量是地球从太阳接收辐射量的65%，但是比邻星b接受的X射线辐射量约是地球的400倍。[14]比邻星b距离母恒星够近，因此可能被潮汐锁定，即行星的公转周期和自转周期互相同步的现象。[15]

母星比邻星

比邻星b的母星是距离太阳最近的恒星，因此被称为“比邻星”[16]，距离为4.2426±0.0020光年（1.3008±0.0006pc），半人马座比邻星是一个多恒星系统的一部分，该系统的其他成员是半人马座阿尔法星A和半人马座阿尔法星B，它们构成了一个双星子系统[17][18]。

比邻星b的母星比邻星是一颗红矮星[19]，辐射的可见光量仅为太阳的0.005%，平均约为太阳能量的0.17%[20]。尽管辐射很低，但由于它的轨道很近，比邻星b仍然接收到地球从太阳接收到的红外能量的70%左右[20]。比邻星也是一颗耀斑星，它的光度在几个小时内有时会变化100倍[21]，它的光度平均为0.155±0.006L☉（与太阳相同）[22]。

它的的质量相当于0.122 M⊙，半径为0.154 R⊙，有效温度为3,050±100开尔文，光谱类型为M5.5V。半人马座比邻星的磁场比太阳的强得多，强度为600±150G；它的磁场变化周期为七年。[23][24][25]

大气稳定性

比邻星b接收到的辐射大约是地球的10-60倍，尤其是X射线。它在过去接收的XUV辐射量可能更高，累积的XUV辐射量是地球的7-16倍。紫外线和X射线辐射能够有效蒸发大气层，因为氢容易吸收这些辐射但不易失去辐射，在温度升高后会以高速度从行星引力场中逸出。水分被分解成氢和氧，氢在行星的外逸层中加热，直至逸出。氢逸出时，可能会带走其他元素，如氧和氮。虽然氮气和二氧化碳可以从大气中逸出，但这一过程不太可能会显著降低类地行星的氮气和二氧化碳含量。[26][27][28]

恒星风和日冕物质抛射对大气的威胁更为严重。比邻星b所受的恒星风量可能达到地球的4-80倍，其压力约为太阳恒星风的1万倍。强烈的紫外线和X射线辐射可能使火星的大气层升至其磁场之外，从而增加因恒星风和物质抛射引起的损失。[26][29]

在比邻星b与恒星的距离处，恒星风的密度可能比地球周围高出10到1,000倍，具体取决于比邻星的磁场强度及其变化周期（比邻星的磁周期可长达七年）。截至2018年，尚不清楚比邻星b是否存在磁场，而其高层大气可能拥有自己的磁场。根据比邻星b磁场的强度，恒星风可能深入大气层并造成剥离，这一过程在日常和年度时间尺度上变化很大。[30][31]

气候

比邻星b位于其恒星的宜居带内，接收到约65%的地球辐射。估计其地表最高温度为240K，地表最低温度为220K。比邻星b的气候受多种因素影响，包括轨道特性、恒星辐射光谱以及云层和雾霾的存在。[32][33][6]

比邻星b的大气层可能存在两种情况：一种是行星的水分已经凝结，氢气流失到太空中，最终在大气中留下氧气和/或二氧化碳；另一种可能是行星拥有原始的氢气大气层，或者形成于离恒星更远的区域，这样可以减少水的逸出。因此，比邻星b在早期历史后可能保留了水。如果存在大气层，可能会含有氧气和二氧化碳等气体。如果行星具有磁场，这些气体与恒星的磁活动相互作用时，会产生可从地球观察到的极光现象。[34][33]

水

多种机制可以将水输送到发展中的星球，但比邻星b接收到的水量尚不清楚[35]。Ribas等人在2016年的建模中表明，比邻星b损失的海洋水量不超过一个地球海洋的水量[27]，但后续研究表明，水的损失可能更为显著[36]。Airapetian等人在2017年的研究中得出结论，大气层将在1000万年内消失[37]。然而，这些估计在很大程度上取决于大气的初始质量，因此具有高度的不确定性[38]。

有利条件

比邻星b的位置在母恒星比邻星的适居带内。如果行星的大气层条件与组成成分合适，就可以让行星表面有液态水存在[39]，由于比邻星是颗红矮星，质量仅为太阳的0.123倍，光度仅为太阳的1.55，表面温度约2500摄氏度，不到太阳的一半，这使得比邻星b仍然处于宜居带内，比邻星b的寿命可能已有49亿年。其表面可能充满岩石，地表温度约为零下40摄氏度，可能有大气层和液态水[40]。比邻星是质量只有太阳约十分之一的红矮星，因此它的寿命可以达到3万亿至4万亿年，是太阳预估寿命极限（100亿年）的300到400倍。[39]

不利条件

比邻星b的可居住性是一个颇具争议性的议题，其中存在诸多需要考量的因素：半人马座比邻星的活动以及潮汐锁定现象均会对适宜居住条件的建立构成阻碍。与XUV辐射有所不同，比邻半人马座b上的紫外线辐射更趋近于红色，因而与有机化合物的相互作用或许更少，由此产生的臭氧数量也可能更少。与之相反，恒星活动可能致使臭氧层被消耗殆尽，进而使紫外线辐射上升至危险水平。依据其偏心率的差异，该行星的部分轨道可能处于宜居带之外。氧和一氧化碳有可能在比邻星半人马座b的大气中累积至有毒的数量。[41]

倘若存在海洋，潮汐或许会引发沿岸景观的洪水泛滥以及干涸现象，进而触发有利于生命发展的化学反应；有助于生物节律的进化，例如昼夜循环，而在没有昼夜循环的潮汐锁定行星上，这种生物节律通常不会出现；能够混合海洋，实现营养物质的供应与重新分配；刺激海洋生物的周期性扩张，如同地球上的赤潮现象。另一方面，半人马座比邻星等红矮星的寿命相较于太阳要长得多，是宇宙预估年龄的数倍之多，故而可为生命提供充裕的发展时间。比邻半人马座发出的辐射不适宜进行氧气产生的光合作用，但足以支撑无氧光合作用，然而目前尚不清楚如何才能够探测到依赖无氧光合作用的生命。2017 年的一项研究估计，比邻半人马座b生态系统基于光合作用的生产力或许约为地球的 20%左右。[41]

观测与探测

截至2021年，由于与比邻星的距离太小，尚未对比邻星b进行直接成像[42]。从地球的角度看，它不太可能凌日[43]；所有勘测都没有发现比邻星b凌日的证据[44][45]。Breakthrough Listen项目对该恒星进行了监测，以发现可能的无线电信号[46]。

未来的大型地面望远镜和天基观测站，如詹姆斯-韦伯太空望远镜和南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜，可以直接观测半人马座比邻星b，因为它距离地球很近[28]，但要将这颗行星与它的恒星分开会很困难[47]。从地球上观测到的可能特征有：海洋星光的反射[48]、大气气体和雾霾的辐射模式[49]以及大气热传递[50]。

即使是人类建造的速度最快的航天器也需要很长时间才能完成星际旅行；旅行者2号需要大约75,000年才能到达比邻半人马座。在人类的生命期限内到达比邻星b的可能技术包括太阳帆，其速度可达到光速的20%；问题在于探测器到达比邻半人马座系统时如何减速及如何避免星际粒子的碰撞。[51][52]

相关报道

2016年4月24日，比邻星b的存在由伦敦玛丽王后大学天文学家古勒姆·安格拉达-伊斯库德（Guillem Anglada-Escude）带领的欧洲南方天文台团队确认。这项发现发表于《自然》期刊。[2]

2016年8月25日凌晨，位于智利的欧洲南方天文台网站发布新闻，称在距离地球最近的恒星半人马座比邻星周围，发现一颗位于“宜居带”类地行星——比邻星b。中国科学院国家天文台行星科学家郑永春向科技日报记者介绍，比邻星b的气候与地球风格迥异，它没有季节，空间环境也可能更为恶劣。[53]

2016年，在比邻星附近发现比邻星b之后，天文学家最新研究发现，这颗恒星附近可能还存在另一颗行星——比邻星c。相关研究日前发表在《科学进展》杂志上。[54]

英国赫特福德大学的天文学家米科·图米从存档中比邻星的径向运动资料中首次注意到比邻星b的蛛丝马迹。为了确认比邻星旁这颗行星的存在，欧洲南方天文台于2016年1月启动“黯淡红点”（Pale Red Dot）计划。2016年4月24日，比邻星b的存在由伦敦玛丽王后大学天文学家古勒姆·安格拉达-伊斯库德带领的欧洲南方天文台团队确认。这项发现发表于《自然》期刊。[10]相关的观测是由两组摄谱仪完成，分别是拉西拉天文台ESO3.6米望远镜的高精度径向速度行星搜索器（HARPS）和甚大望远镜的紫外线与可见光阶梯光栅摄谱仪。这些资料最早在2013年就显示比邻星旁有行星存在。天文学家将母恒星径向速度峰值与行星轨道周期变化的观测资料相结合，得以计算行星的质量下限。这项发现统计学上的假阳性几率小于千万分之一。[55]

德国《明镜》周刊于2016年8月12日出版的文章就泄露了欧洲南方天文台的这项发现，并且相关传闻迅速传播。欧洲南方天文台否认其与泄漏有关，并且在同年8月24日正式发表论文，宣布确认了行星的发现，但对之前“泄露”事件的相关信息一概拒绝提供更进一步的消息与评论。[55]

参考资料 55

  1. 新知丨红矮星周围的宜居行星究竟是怎样形成的? — 腾讯网
  2. “摄星”计划瞄上了“比邻星b” — 中国教育和科研计算机网
  3. PROXIMA B IS OUR NEIGHBOR… BETTER GET USED TO IT — palereddot.org
  4. 参考 4
  5. SKYMAP.ORG — wikisky.org
  6. 参考 6
  7. Exoplanet Travel Bureau — exoplanets
  8. 人类能在离太阳最近的恒星系中建立家园吗? — 新浪财经
  9. Planet Found in Habitable Zone Around Nearest Star — eso
  10. 科普:“网红”霍金为何盯上了“比邻星b” — 央视网
  11. 专家解读比邻星b：没有四季，空间环境恶劣 — 网易
  12. Scientists to unveil new Earth-like planet: report — phys.org
  13. Earth-Like Planet Around Proxima Centauri Discovered — universetoday
  14. 参考 14
  15. 参考 15
  16. 参考 16
  17. 参考 17
  18. 参考 18
  19. 参考 19
  20. 参考 20
  21. 参考 21
  22. 参考 22
  23. 参考 23
  24. 参考 24
  25. 参考 25
  26. 参考 26
  27. 参考 27
  28. 参考 28
  29. 参考 29
  30. 参考 30
  31. 参考 31
  32. 参考 32
  33. 参考 33
  34. 参考 34
  35. 参考 35
  36. 参考 36
  37. 参考 37
  38. 参考 38
  39. 离地球最近系外行星可能宜居 — 国家航天局
  40. 专家解读比邻星b:没有四季，空间环境恶劣 — 网易
  41. 比邻星b会是人类的“第二故乡”吗?|行星|人类|宜居 — 新浪科技
  42. 参考 42
  43. 参考 43
  44. 参考 44
  45. 参考 45
  46. 参考 46
  47. 参考 47
  48. 参考 48
  49. 参考 49
  50. 参考 50
  51. 参考 51
  52. 参考 52
  53. 专家解读比邻星b：没有四季，空间环境恶劣 — 国家航天局
  54. 比邻星b附近可能有“超级地球”作伴 — 中国科学院
  55. 《明镜周刊》：距太阳不远处发现类地行星 — 俄罗斯卫星通讯社
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