2016年8月，来自欧洲南方天文台(ESO)的天文学家证实，在比邻星周围存在一颗类地行星，比邻星是距离太阳系最近的恒星。此外，他们还证实了这颗行星(Proxima b)在其恒星的宜居带内运行。从那时起，人们进行了多项研究，以确定比邻星b是否适合居住。

　　不幸的是，大多数研究都不太令人鼓舞。例如，许多研究表明比邻星b的太阳经历了太多的耀斑活动，以至于这颗行星无法在其表面维持大气和液态水。然而，在美国宇航局领导的一项新研究中，一组科学家调查了各种气候情景，表明比邻星b可能仍然有足够的水来支持生命。

　　这项名为“拥有动态海洋的比邻星b的宜居气候情景”的研究最近发表在科学杂志《天体生物学》上。这项研究由美国宇航局戈达德空间研究所(GISS)的Anthony D. Del Genio领导，包括来自美国宇航局戈达德空间飞行中心(GSFC)、哥伦比亚大学和Trinnovim有限责任公司(一家为GSFC提供机构和任务支持的IT公司)的成员。

　　艺术家对比邻星b的印象，它是用径向速度法发现的。信贷:ESO / M。Kornmesser

　　分解一下，像Proxima b这样的行星——围绕m型(红矮星)恒星运行——在宜居性方面面临着很多挑战。首先，它靠近恒星的轨道可能会在其历史早期导致失控的温室效应。它还将受到强烈辐射(x射线和极端紫外线通量)和太阳风的影响，这将导致灾难性的大气和水的损失。

　　然而，关于比邻星b的进化史，我们还有很多不知道的地方，在某些情况下，宜居性可能是一种可能性。正如Anthony D. Del Genio通过电子邮件告诉《今日宇宙》的那样:

　　“首先，我们不知道Prox b是否有大气层，如果有，它是否有水。没有这些，我们所知道的生命就不可能存在。Prox b可能是在最初没有大气层的情况下形成的，也可能是在一个缺乏水的恒星系统中形成的。或者它可能是由适度的大气和大量的水形成的。或者它可能是由非常厚的大气层形成的。我们只是还不知道。

　　“其次，比邻星是一颗M星，也就是‘红矮星’。这些恒星比我们的太阳小得多，温度也低得多，所以一颗行星必须非常接近这样的恒星，才能接收到足够的星光，从而拥有适合居住的气候。问题是M恒星在它们的一生中往往非常活跃。”

　　“第三，在它们的早期生活中，M恒星非常明亮和炎热，这意味着如果Prox b开始适合居住，它可能在生命有机会扎根之前就开始升温并失去水分。”

　　艺术家对一颗被系外行星环绕的红矮星的印象。图源:NASA, ESA, G. Bacon (STScI)

　　当涉及到比邻星时，耀斑活动是一个特别大的问题，即使按照红矮星的标准，比邻星也是可变的和不稳定的。事实上，近年来，有两个特别强大的耀斑被发现来自这个系统。第二个是如此强大，以至于可以用肉眼看到，这表明任何围绕比邻星运行的行星都会随着时间的推移而失去大气层。

　　然而，正如他们在研究中指出的那样，在许多可能的情况下，比邻星b仍然可以支持生命。更重要的是，当涉及到对生命不利的东西时，有一系列的不确定性，这些东西可以为Proxima b提供一些回旋空间。根据Del Genio的说法，其中包括Proxima b形成时距离其恒星更远，并逐渐向内迁移的可能性，这意味着它不受早期恶劣条件的影响。

　　其次，它形成时的水量可能是地球的十倍;所以即使比邻星的强烈辐射带走了90%的水，它仍然有足够的水形成海洋。它也可能是由一层厚厚的氢包裹层形成的，这层氢包裹层可能已经被剥离，留下了一个“可居住的大气层核心”。

　　“我们不知道，”德尔·吉尼奥说。“因此，为了给未来的观察者提供参考点，我们想象它确实有大气层和水，我们问，考虑到它围绕的恒星以及它与恒星的距离，想象一个大气层和海洋一起可以在表面产生可居住的条件是容易还是困难(定义为足够温暖以维持液态水，但又不太温暖，以至于全部蒸发)。”

　　这张信息图比较了行星围绕比邻星(Proxima Centauri)的轨道与太阳系的同一区域。图片来源:Pale Red Dot

　　为了解决这些可能性，Del Genio和他的同事们使用动力学(ROCKE -3D)软件进行了一系列三维模拟，分析地球和地外环境的轨道和气候键。作为NASA GISS模型E2地球全球气候模拟软件的行星改编版，rock - 3d已被用于模拟地球历史上的过去和未来时期以及一个可能适合居住的古代金星。

　　利用这个软件，研究小组为Prox b模拟了一系列不同类型的潜在大气，其中包括类似地球的大气(主要由氮和少量的二氧化碳组成，使地球变暖)和更类似火星的大气(纯二氧化碳)。他们还考虑了火星的大气层是比地球更薄还是更厚，海洋的含盐量是多还是少(以及更深还是更浅)，以及海洋是否覆盖了整个地球。

　　最后，但并非最不重要的是，他们考虑了这颗行星是否被潮汐锁定在它的恒星上，或者(像水星一样)有3:2的轨道共振——行星每绕它的轴旋转两次。Del Genio解释道:

　　“对于我们想象的每一种配置，我们都运行一个三维全球气候模型，该模型改编自地球气候模型，我们用来预测21世纪由于人类向大气中添加温室气体而导致的变暖。为了达到这一目的，我们的气候的关键特征是，我们包括了一个“动态”海洋，即一个有洋流将温暖的海水推向较冷的地方的海洋。以前对Prox b的研究使用的是一种“静态”海洋，它会变暖和变冷，但不会移动。”

　　艺术家描绘的一颗水系外行星绕着一颗遥远的红矮星运行。新的研究表明，Proxima b可能特别多水。来源:非洲金融共同体

　　由此，德尔吉尼奥和他的同事们发现，他们能想到的每一种情况都产生了一颗表面至少有液态水的行星。他们还发现，在潮汐锁定行星的情况下，面向太阳的一面和黑暗一面之间的热传输也可以使整个行星适合居住。

　　“因此，如果Prox b有大气层和水，它就有很大的机会适合居住，”德尔吉尼奥说。“我们还发现，洋流将温暖的海水从白天带到夜晚，使夜晚的部分地区保持宜居状态，尽管它们从未见过任何光。如果海洋非常咸，几乎整个星球都可能被液体覆盖，但几乎所有地方的温度都低于通常的冰点。”

　　对于那些最近一直被关于比邻星b的坏消息所困扰的人来说，这项最新的研究相当鼓舞人心。尽管观测表明比邻星是可变的，并产生了一些重要的耀斑，但仍然有许多情况下比邻星b仍然可能是宜居的。然而，情况是否如此，将取决于未来的观察。正如Del Genio所言:

　　“不幸的是，从地球上看，Prox b似乎没有凌日，这使得探测大气和分辨其中有什么变得更加困难。然而，在不久的将来，天文学家将能够监测Prox b在轨道上运动时向太空发射的热量。我们的研究结果表明，应该有可能区分有大气层的行星和没有大气层的行星，以及稀薄的寒冷大气层和浓厚的温暖大气层。”

　　艺术家对一颗围绕红矮星运行的宜居系外行星的印象。红矮星行星的可居住性是推测的。信贷:ESO / M。Kornmesser。

　　它也可以扩展到其他围绕m型(红矮星)恒星运行的岩石行星，这更令人鼓舞。考虑到这些恒星占银河系恒星总数的70%以上，它们支持潜在宜居行星的可能性大大增加了发现地外生命的几率。

　　在未来几年，下一代仪器预计将在系外行星的探测和描述中发挥重要作用。其中包括詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)，宽视场红外巡天望远镜(WFIRST)，以及超大望远镜(ELT)和巨型麦哲伦望远镜(GMT)等地面仪器。你可以打赌，他们的一些时间将致力于研究离地球最近的系外行星!

　　进一步阅读:生活科学，天体生物学