突破認知!白矮星周圍行星或靠相對論避開 「金星命運」

2025年10月08日16:12:21 科學 1654

2024年,天文學家靠引力微透鏡技術,找到了一顆叫KMT-2020-BLG-0414的岩石行星。

這顆行星的質量被測算為地球的1.2到2.8倍,圍繞著一顆離地球4000光年的白矮星轉。

本來想覺得這顆行星不在宜居帶,沒啥大不了,後來發現它的意義特別大,這是第一次實錘岩石行星能從紅巨星階段活下來。

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要知道,以前大家都覺得恆星死了,行星也沒啥活路,尤其是類太陽恆星變成紅巨星時,會把內側行星吞了,最後坍縮成白矮星。

這顆行星的出現,直接打破了這種固有想法。

而且不光是這顆岩石行星,之前也有幾顆氣態巨行星被觀測到圍著白矮星轉。

說實話,氣態巨行星都能留下,那更小的岩石行星說不定更常見,只是咱們現在還沒找到而已。

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這就不得不讓人好奇,這些圍著白矮星轉的行星,有沒有可能適合生命生存呢?

為啥白矮星行星怕「潮汐鎖定」?相對論來救場

想搞清楚白矮星行星宜居與否,得先說說白矮星的宜居帶。

所謂宜居帶,就是行星表面能留住液態水的區域。

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但白矮星引力特彆強,它的宜居帶離自己特別近,大概只有日地距離的百分之一。

這麼近的距離,麻煩就來了,潮汐力會慢慢減慢行星自轉,最後讓行星「潮汐鎖定」。

啥是潮汐鎖定?就是行星一面永遠對著白矮星,另一面永遠是黑的。

你想想,一面一直被烤,一面一直凍著,向陽面的熱量根本散不出去,肯定會觸發失控溫室效應

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水蒸氣越蒸發越多,熱量越攢越多,最後海洋全乾了,行星不就成了第二個金星?金星那環境,表面溫度四百多攝氏度,別說生命了,啥都存不住。

本來覺得這是白矮星行星的死局,沒想到廣義相對論能破。

愛因斯坦這理論里提到個「軌道近日點進動」,簡單說就是在強引力場里,行星離恆星最近的那個點會慢慢轉。

以前觀測水星時就發現過這現象,當時牛頓力學解釋不了,還是相對論給說通了。

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而白矮星的引力比太陽強多了,這種進動效應會被放大很多。

這進動咋救行星呢?潮汐鎖定得靠行星被引力拉出來的「潮汐凸起」,一直對著恆星才行。

進動會不斷改變行星和恆星的相對位置,潮汐凸起就沒法固定在一個地方。

2025年9月有個研究算了算,要是白矮星質量是太陽一半,行星軌道半徑0.01天文單位,那行星軌道偏心率只要到0.1,相對論帶來的進動就能讓行星保持自轉,不被潮汐鎖定。

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老實講,這條件比我預想的寬鬆多了,畢竟從紅巨星階段活下來的行星,軌道多少都有點偏心率,不算難達到。

除了破解潮汐鎖定,白矮星還有個優勢特別適合生命,冷卻慢。

白矮星剛形成的三十億年里會快速降溫,但之後就會進入一個超長的冷卻平台期。

為啥會這樣?因為它內部的碳氧核心結晶時會釋放潛熱,能延緩溫度下降。

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更有意思的是,有些白矮星里的氖-22同位素分餾,還能把這冷卻期再延長一百億年。

太陽的主序壽命大概一百億年,而白矮星的宜居窗口能有七十到一百億年,甚至更長。

你想想,地球生命從單細胞進化到多細胞用了三十億年,從寒武紀大爆發到人類出現又用了五億多年。

這麼算下來,白矮星給生命留的時間太充裕了,足夠生命慢慢進化、變得複雜。

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觀測難、條件挑,白矮星宜居還得等技術發力

雖說理論上白矮星行星有宜居的可能,但想觀測到它們真不容易。

白矮星光度本來就低,它周圍行星的信號就更弱了。

咱們常用的凌日法,就是靠觀測行星經過恆星前方時的亮度下降來發現行星,可白矮星宜居帶里的行星,軌道周期只有幾天到幾周,得長時間盯著才能看到那一點點亮度變化,難度特別大。

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更別說想分析行星大氣了,那信號微弱到得用詹姆斯・韋布空間望遠鏡的全部能力,才有可能分辨出來。

不過研究者也沒閑著,他們想了些間接辦法。

比如看白矮星的大氣里有沒有重元素,要是有,大概率是小行星或者行星碎片被白矮星撕裂後留下的,這就能說明周圍可能有行星系統。

現在銀河系附近幾百光年內,已經發現了八十多顆大氣被污染的白矮星,其中四顆還能看出類地岩石的化學特徵,這些系統肯定會成為以後搜尋宜居行星的重點目標。

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另外,歐洲空間局的蓋亞衛星,也在靠精密的天體測量監測白矮星的位置,要是白矮星位置有微小擺動,說不定就是周圍行星的引力在拉它,這樣也能找到行星的痕迹。

而且就算行星能在白矮星周圍存活,也得滿足不少條件。

紅巨星階段的潮汐作用會把行星大氣剝掉,還可能讓行星往恆星方向挪。

所以能活下來並進入白矮星宜居帶的行星,當初軌道得離恆星足夠遠,大概在原來的宜居帶之外。

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這樣的行星,在恆星主序階段時,基本都是像歐羅巴土衛二那樣的冰封星球,表面全是冰。

等恆星變成白矮星,宜居帶慢慢往內縮,這些冰封星球表面的冰才會融化,可能形成全球海洋。

但問題也來了,這些行星有沒有磁場保護?能不能擋住恆星風?有沒有板塊構造來調節大氣?潮汐加熱會不會引發太多火山活動,往大氣里灌太多溫室氣體

這些問題現在還沒答案,得靠更精確的氣候模型和實際觀測數據才能搞清楚。

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不過說實話,地球生命的韌性已經給了我們不少信心。

你看深海熱泉里的細菌,還有南極冰層下的古老生物,都能在極端環境里活下來。

要是某個行星上的生命,在恆星主序階段已經進化到一定程度,說不定能在紅巨星帶來的冰封期里存活下來,等白矮星階段再重新繁盛。

這種可能性雖然沒法證實,但也不是完全沒道理。

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現在技術也在慢慢進步,詹姆斯・韋布望遠鏡已經開始找白矮星行星的凌日信號了。

以後歐洲極大望遠鏡、美國三十米望遠鏡建成後,還能直接給這些行星拍照,說不定本世紀內就能拍到白矮星宜居帶行星的第一張照片。

要是到時候能在這些行星的大氣里,檢測到氧氣、甲烷這些可能和生命有關的氣體,那絕對會是人類認識宇宙的一大步。

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愛因斯坦1915年提出廣義相對論的時候,肯定沒想到一百年後,這個理論能給恆星餘燼里的生命帶來希望。

從解釋水星近日點的異常,到現在成為白矮星行星的「保護傘」,相對論總能給我們帶來驚喜。

以後對於白矮星行星的探索,不光是找地外生命,更能讓我們明白,生命在宇宙里可能比我們想像的更頑強,存在的方式也更多樣。

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