昨天各新闻媒体都登出了这则新闻:

NASA发现7颗类地球行星, 并声称它们是「寻找外星生命首选」

这个系统被称为TRAPPIST-1, 距离太阳系只有40光年, 是颗红矮星. 其直径只比木星大一些, 因此表面温度也只有太阳的40%左右, 是颗又冷又小的恒星系. 这个星系最特别的地方在于一次拥有7颗类地行星, 而且全部集中在水星轨道直径之内. 水星绕日的平均半轴长约0.387AU(1AU等于地球至太阳的平均半轴长), 公转周期88天. 但TRAPPIST-1最外围的TRAPPIST-1h, 其平均半轴长约0.063AU, 公转周期约20天(估计值, 上下限分别是35-14天), 最近的TRAPPIST-1b, 其数值分别是0.011AU与1.51天. 所以这是一个很小也很紧密的恒星系.

TRAPPIST-1系统的行星上看恒星的想像图

七颗行星中有3颗在适居带中, 分别是TRAPPIST-1e, f, g. 其中TRAPPIST-1e的位置在适居带内缘, g在外缘, e与f的质量约地球的65%, 而g是地球的134%. 至少, 其质量应该足以维持住大气层的存在, 因此这三棵行星的表面或许都有液态水的存在. 有水就可能产生生命, 这也是新闻的卖点. 但真的是如此吗? 目前至少有三种情况会影响行星能否孕育出生命, 尤其在地表部份.

TRAPPIST-1恒星系

第一是有没有足够强大的磁场: 有没有磁场与行星是否能存在液态水有关, 所以如果那三颗行星的密度与地球接近, 则三者都有可能产生磁场. 但由于TRAPPIST-1的年龄目前估算不出来(至少大于10亿岁), 所以除了TRAPPIST-1g, e与f的内核是否在冷却, 目前也难以了解. 以太阳系为例金星虽然是因为失控的温室效应而变成地表温度超过700度的行星, 但刚形成时是含有大量的水份, 可是由于金星欠缺有效的磁场(金星有磁场, 却不是如地球般由内核产生, 因此相当微弱), 因此现在仅在大气层中尚有水蒸气的存在. 火星的质量太低, 难以留住水份, 加上内核已经冷却, 所以缺乏磁场的火星, 在形成后不到30亿年, 其水份就被恒星风吹散. 这三颗系外由于太靠近TRAPPIST-1, 因为被潮汐锁定, 也就是其自转速度与公转速度一致, 如此一来其自转天数分别是6, 9, 与12天, 这是否能引起地核流动而产生全球性的磁场, 目前也无从得知.

地球磁场产生原因与如何保护地球

第二是没有季节: 由于目前TRAPPIST-1的7颗行星都可能被潮汐锁定, 因此总有一面会永远面向恒星, 另一面永远见不到恒星. 也就是说, 两面的温差会非常大, 如果有大气层的话, 会有非常剧烈的的大气运动. 而且因为被潮汐锁定, 所以倾斜角应该都不大, 也就不太容易产生季节. 如此一来生命比较能在地表生存的地方就被局限在日夜交会的区域.

第三恒星的活动: 红矮星的寿命会非常的长(如太阳的寿命在100亿年, 许多蓝巨星可能只有数千万到数亿年的寿命, 可是红矮星可能有几百亿年的寿命), 数量庞大, 加上又有行星系统, 因此一直都被认为是寻找系外生命的首选目标. 可是红矮星的表面活动往往也比黄矮星(如太阳)要来得狂暴, 这也是因为其质量太低, 所以表面的对流层能更深入恒星内核, 也因此其表面磁场的产生也比太阳要快得多. 恒星的表面磁场的磁力线如果断裂的话, 就会产生闪燄. 闪燄会喷发出大量带有巨大能量的粒子, 如果行星没有足够的磁场保护, 这些粒子会电离化行星的大气层, 剥离如水分子或氧气等的分子. 太阳的闪燄有大有小, 依照目前的分类(以瓦特/平方米为单位), 分为A, B, C, M, X等五级, X级为最强等级, 任何大于10-4瓦特/平方米的能量喷发都属于X级. 任何一个X级的闪燄命中地球的话, 都会造成严重的影响. 有史以来最强的闪燄发生在1859年, 那是一个X40级的闪燄, 让夏威夷地区都能看到极光, 并让全球电报系统过载崩溃. 而1989年一次X15级的闪燄让加拿大魁北克省的电力系统崩溃, 造成大停电. 红矮星的闪燄或许不会像太阳一样有如此强大的喷发, 但问题是其行星离恒星太近, 任何等级的闪燄都有可能严重影响行星系统. 目前的观测认为TRAPPIST-1应该是很稳定的恒星, 并没有明显能观察到的表面活动, 或许较能允许生命的产生.

太阳闪燄, 上方的磁力线清析可见

随著观测技术的进步, 系外行星的数量在未来只会大量增加, 而这是我在20年前都难以想像的情况. 不过并不是有适居带就代表有生命, 以太阳系为例, 如果有一个智慧生物于40光年外观察太阳系, 大概也会认为有三颗行星有机会产生生命, 即金星, 地球, 与火星. 但大家都知道, 金星不可能有生命存活, 火星地表也一样没有. 但目前最有可能产生系外生命的星球却远在木星与土星, 木卫二与土卫二在地表之下都有一个庞大的地下海洋, 而且不断的喷发显示行星仍有地质活动并产生热能, 因此表示这两个卫星很有可能有生命产生.

依行星的大小有不同的适居带，依照新的定义，地球处于适居带的内缘，金星已不在适居带内，而火星则在外缘

也因此, 虽然不断的有"可能产生生命的系外行星"被发现, 但是否真的能有生命, 则仍要打上一个大问号.