天文学家在附近的恒星系统中发现一对“超级地球”

开普勒和凌日系外行星勘测卫星 (TESS) 等太空望远镜使寻找系外行星成为一项工业活动。它们的机械眼睛可以同时观察数千颗恒星，软件可以高效地筛选大量数据，只突出显示最有希望的恒星闪烁和摆动以供人工确认。这一过程彻底改变了行星科学，就像流水线彻底改变了制造业一样：在首次确认系外行星发现仅 28 年后，NASA 的目录中就已包含 4,000 多颗已确认的系外行星，横跨 3,000 多个系统。

德国哥廷根大学天体物理研究所研究员桑德拉·杰弗斯所在的团队采取了更为定制化的方法，他们逐一搜索附近的恒星，寻找未来可以直接研究的高质量系外行星目标。该团队周四在《科学》杂志上宣布，经过多年基于数十年数据的分析，他们发现了迄今为止最有希望的目标之一。两颗、甚至可能是三颗“超级地球”围绕着一颗明亮但安静的红矮星运行，该星距离地球仅 11 光年。天文学家通常很难推断出比系外行星的轨道或大小更多的东西，但所谓的格利泽 887 系统中罕见的特征组合意味着即将投入使用的望远镜可能能够获取有关行星周围气体的信息，从而了解它们的气候。

杰弗斯说：“我们知道，它是距离太阳最近的恒星，目的是了解系外行星的大气层。”

杰弗斯领导着一个名为“RedDots”的合作项目，该项目的目标是距离太阳约 16 光年内的恒星——其中大部分是暗淡的红矮星，因此得名。她花了数年时间在会议上寻找可能记录了附近恒星观测结果的天文学家，并邀请他们合作。在格利泽 887 的案例中，杰弗斯设法拼凑了一个数据集，该数据集代表了 20 多名研究人员在少数几台望远镜上 20 年的工作成果。“系外行星领域竞争可能很激烈，”她说，“但与这个团队合作非常愉快。”

该团队在 2017 年发现了行星的踪迹，但他们的观测结果过于零散，无法得出结论。2018 年秋天，他们回到格利泽 887 星，用位于智利的高精度径向速度行星探测器 (HARPS) 每晚观测该星近三个月。

成功了。通过生成类似于延时电影的可视化效果，团队可以清楚地看出 Gliese 887 在抖动。具体来说，它大约每 9 天和每 22 天抖动一次——这是附近两颗行星的明显迹象，他们得出结论，这两颗行星的重量分别至少是地球的 4 倍和 7 倍。这两颗行星的轨道都离太阳太近，因此它们的表面不太可能存在水，但团队还注意到一个初步迹象——一次抖动——表明一颗潜在行星正在恒星的温带地区绕行 50 天。此后，他们又返回进行了两个月的观察，这应该足以在未来的论文中通过更多的数字运算来证明或反驳第三颗行星的存在。

尽管这两颗已确认的行星似乎太热，不适合生命生存，但该系统是观测的梦想。除了距离我们只有 11 光年（我们最近的恒星系统比它近三倍，但许多系外行星距离我们数百至数千光年）之外，格利泽 887 是一颗异常寒冷的恒星。与许多火热的红矮星不同，它几乎没有太阳黑子，也很少爆发。它平静的性格使它成为理想的目标，无论是从实践角度（更平静的恒星更像是一块空白画布，可以清晰地展示行星的特征，而不会完全将其冲淡），还是从科学角度（因为它不太可能用剧烈的太阳耀斑剥离其行星的大气层）。

目前的望远镜无法完全看清这些行星周围的大气层，因为它们不会直接经过恒星前方——这种特殊情况使得天文学家能够窥视某些其他系外行星的大气层。但杰弗斯预计下一代望远镜将改变这一现状。她说：“对于定于明年发射的 [詹姆斯·韦伯太空望远镜] 来说，这是一个理想的科学案例。”

其他研究人员则持谨慎乐观的态度。“这个结果不错，”美国宇航局艾姆斯研究中心的天体物理学家托马斯·格林说，他研究太空哈勃继任者将如何帮助研究系外行星的大气层。“第一个问题是它是否有大气层，詹姆斯·韦伯太空望远镜应该能够帮助解决这个问题。”

具体来说，詹姆斯·韦伯太空望远镜应该能够观察到整个系统在行星旋转时细微的温度变化，交替向地球展示它们的白天和夜晚。一颗没有大气层的裸露岩石行星应该会经历剧烈的温度波动。这是一项开创性的工作，但并不容易。“这些观察将非常困难，需要花费大量时间，”格林警告说。研究人员需要盯着该系统观察每颗行星的多个轨道，就像他们对 HARP 观测所做的那样。

即使是詹姆斯·韦伯太空望远镜，也没有足够的视力来发现单个行星，并找出哪些特定的气体可能包裹着这些超级地球。这些研究可能不得不等待下一代地面望远镜，如巨型麦哲伦望远镜和三十米望远镜，它们可能会在本世纪末投入使用。格林说，这些仪器的分辨率比詹姆斯·韦伯太空望远镜更高，而且在长期项目中，它们的观测时间（稍微）不那么有竞争力，它们应该能够积累足够的行星直射光来发现水、氧气甚至甲烷的迹象。虽然这些附近的星球本身可能不是生命的最佳候选者，但它们可以作为了解其他太远而无法直接成像的系外行星性质的窗口。

了解外星大气是系外行星科学的下一个前沿领域之一。人们只能从行星的位置和大小推断出一部分信息，但了解行星周围的分子可以让研究人员向预测其气候迈出一步。例如，如果格利泽 887 的第二颗行星有大气层帮助散热，那么它可能会是一个相当宜居的地方，杰弗斯说。“在行星的实际表面上，它可能是一个炎热的海滩日，”她说。

在等待詹姆斯·韦伯太空望远镜发射和巨型地面望远镜建设的同时，RedDots 团队仍专注于准备尽可能多的邻近目标。该团队已经探测到了比邻星（距离我们 4 光年）和巴纳德星（距离我们 6 光年）周围的行星，他们打算继续系统地探索，逐一发现离我们最近的邻居。

杰弗斯说道：“这是我们的长期目标，把他们都抢走。”