美国乔治亚理工学院团队的行星自旋动力学研究表明,在 1,500 光年内,有两颗系外行星 Kepler-62f、Kepler-186f 的转轴倾角和地球一样稳定,可能拥有气候与季节变化,增加有利生物存活的条件。
开普勒-186f(Kepler-186f)是天文学家第一颗确定为地球大小的系外行星,距离地球约 492 光年,围绕着天鹅座红矮星开普勒-186(5 行星系统),位于适居带边缘,大概类似太阳系火星的位置。其半径只比地球大不到 10%,但质量、成分与密度都还是个谜。根据美国太空总署(NASA)说法,当你正午时刻站在开普勒-186f 地表时,其阳光亮度和地球上的日落差不多。
▲ 开普勒-186f。(Source:NASA)
开普勒-62f(Kepler-62f)则是一颗环绕天琴座恒星开普勒-62(5 行星系统)的超级地球,比地球大了 40%,距离地球约 1,200 光年,是 5 行星系统中最外围的行星。
现在乔治亚理工学院的团队透过行星自旋动力学进行模拟分析,发表新研究指出,这两颗系外行星的转轴倾角都与地球一样非常稳定,代表它们可能也拥有规律的季节变化、形成长期气候变迁。
转轴倾角是行星自转轴相对于轨道平面和垂直子轨道面的倾斜角度,也称为倾角(obliquity)或轴交角(axial inclination)会影响太阳光照射到行星地表的程度。太阳系中,地球轨道平面就是黄道面,所以地球的转轴倾角也称为黄赤交角;目前,地球的转轴倾角约 23.44°,是造成地球出现季节变化的主要原因,作为比较,天王星的转轴倾角为 97°,几乎与轨道平行,因此并没有季节之分。
而稳定的转轴倾角有多重要?乔治亚理工学院天文学家 Gongjie Li 举例,火星的转轴倾角变化大,从 0°~60° 不等,很可能就是火星从数十亿年前水汪汪风景转变为今日荒芜沙漠的关键(地表水蒸发),不像地球,转轴倾角始终温和地在 22.1°~24.5° 之间摆荡,周期约 1 万年左右。
▲ 地球、天王星和金星的转轴倾角。(Source:By Tfr000 (talk) 13:49, 2 April 2012 (UTC) [CC BY-SA 3.0 or GFDL], from Wikimedia Commons)
另外,地球与火星之间的引力相互作用也可能导致转轴倾角出现巨大变化,但地球因为有月球潮汐力控制,所以不至于偏颇得太厉害。相比之下,火星就没那么幸运了,它没有够大的卫星来稳定自身转轴倾角振荡。
不过 Kepler-62f 和 Kepler-186f 与周遭兄弟姊妹行星的引力相互作用,又没有火星与地球那样强烈,Gongjie Li 说,目前不确定他们是否拥有卫星,但是计算表明,即使没有卫星,Kepler-62f 和 Kepler-186f 的转轴角度也将在数千万年内保持不变。
该研究并不代表这两颗行星一定有水或外星生命,只能说不排除可能性,但拥有稳定的气候与季节这类先决条件,对生物来说可能生活环境会更舒适一点。论文已发表在《天文学》期刊。
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(首图为开普勒-62f,来源:NASA)