類日恆星引（sun-like stars）這指像太陽又有行星系統的恆星。人類對宇宙的觀測越來越深遠，並發現了越來越多的太陽系外行星。在這種情況下，很多人想知道，我們生存的太陽系究竟在多大程度上具有代表性。一項新研究顯示，太陽系的結構是極其罕見的。
基本介紹
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背景
勃太空望遠鏡拍下的可見光圖像。可見光是由獵戶座星雲中一個被稱為proplyd 170-337的原行星盤發出的。圖像顯示：高溫電離氣體（紅色）環繞著一個盤（黃色）運動，並不斷地有氣體從該盤流出。這些輪廓線揭示了一個隱藏在高溫氣體中的塵埃盤。該原行星盤的質量大於太陽質量的1%，也就是說，大於形成木星大小的行星所需的最低質量限度。
類日恆星
類日恆星探索
獵戶座
獵戶座星雲已有上百萬歲，艾斯納及其研究小組觀察了其中大約250顆恆星，在它們周圍尋找可能正在形成行星的高密度塵埃盤。他們發現，僅有約10%的恆星發出的射線頻率表明其周圍擁有溫暖塵埃構成的原行星盤；被觀測恆星中，僅有8%的塵埃盤質量大於太陽質量的1%。太陽質量的1%被認為是形成木星大小的行星所需的最低質量限度。
這些發現跟一些行星搜尋專家到目前為止所發現的情況一致，他們利用徑向速度研究法（徑向速度法涉及尋找恆星運動中的擺動，擺動是由於繞其旋轉的行星發出的輕微引力所致）來探測其他恆星周圍的系外行星。
“目前的數據表明，有6%~10%的恆星擁有木星大小的行星，這跟我們的發現恰好一致”，艾斯納說。
據國外媒體報導，新的預估顯示，約有50%的類日恆星擁有類似地球的行星，並且其表面很可能有液態水的存在。 該結果表明，大多數類日恆星在某種程度上擁有行星系統。來自哈佛大學史密森尼天體物理中心的天文學家弗朗索瓦-弗萊辛稱：“如果隨機地飛往一顆恆星，很可能它就包含行星。”據了解，該發現採用美國宇航局克卜勒太空望遠鏡觀測數據所得。凡是想像宇宙中充滿生命景象的人均受到此研究結果的鼓舞。先前的分析表明，數十億顆類地行星可能和人類共處一個星系中，又有研究團隊宣布已發現15顆可能適宜居住的系外行星。
研究
但研究人員也警告稱，他們發現的許多世界並不適合居住。系外行星比地球大出2至3倍，尺寸幾乎接近海王星或天王星，並且可能有一個岩石核，被厚重的氫和氦所組成的大氣層包圍。這些行星大致可被歸為宇宙中的類地行星，但並沒有能產生活體有機物的環境。另外，約17%的恆星擁有的類地行星不處於正確的位置。這些行星圍繞其恆星運轉的距離比水星圍繞太陽運轉的距離還要近，這會導致這些行星表面過熱，而不適合居住。但如果大部分物質是岩石和矽酸鹽，並且處於正確位置，這些比地球大的行星表面就有可能包含生命。
觀測
然而，對於在宇宙其他恆星周圍找到類木行星還不能完全絕望，由於該觀測只是關注了恆星周圍的塵埃，並不會發現已經形成的行星。情況有可能是這樣：其中某些類日恆星早已擁有了行星。
類日恆星
類日恆星“也許我們只是在觀測還沒有行星形成的恆星”，加州理工學院的天文學家約翰·M·卡彭特說，“也許一些其他的恆星已經有行星形成。這只不過是時期不定的快照，隨著對其他不同時期星系團的觀測，可以建立起一個更為完善的圖片庫。”卡彭特與艾斯納一起參與了獵戶座研究。
其他科學家們承認，關於太陽系以外的恆星系統，有很多問題有待解答。
“隨著我們的觀測精度不斷提高，我們會發現更多行星”，哈佛大學行星搜尋專家大衛·夏伯諾說，“自從我們開始搜尋以來，發現行星的頻度一直在提高。”夏伯諾並沒有參與這項獵戶座研究。
夏伯諾指出，如果就確切地說出地球系統是否具有代表性，恐怕為時尚早，然而，研究其他恆星是否具備形成類似太陽系的系統所必需的原材料，對此也是有所幫助的。
“當然，了解恆星周圍的材料是否足以形成行星，是至關重要的一步”，夏伯諾說。
地外生命
如果證明類日恆星擁有類木行星的情況實屬罕見，那么就意味著地外生命也是罕見的。
一些科學家提出，太陽系擁有木星，對於地球生命的形成有所幫助。原因之一在於，大型行星可以保護較小的內部行星，使它們不至於受到太空岩石特別猛烈的撞擊。如若不然，任何處於發育狀態的，哪怕是星星點點的生命都會被撞得粉碎。
首次發現
2008年，天文學家曾經拍攝到一個類似的天體模式，當時他們公布了一個單行星和多行星系統的直接圖像，不過該系統所繞恆星是巨恆星，質量遠遠超過太陽。而此次天文學家藉助美國夏威夷的8米口徑“昴宿星團”天文望遠鏡，首次拍攝到在太陽系外類日恆星GJ 758附近，有一顆圍繞該恆星運行的天體。母星GJ 758質量和溫度與我們的太陽相當，與地球之間的距離約為480萬億公里，大約相當於50光年。
GJ 758的神秘“伴侶星”代號為GJ 758 B，其真實身份有待核實。現可測得它的溫度為約280攝氏度至370攝氏度，是迄今發現的類日恆星周圍類行星中最冷的一個；運行軌道半徑比海王星稍大；質量估計是木星的10倍至40倍，一般質量超過13顆木星的天體通常被視為褐矮星，而低於這一質量便無法發生核反應，因此估計它可能是個巨大行星或輕量級褐矮星。
美國太空網就此發現對研究小組成員、普林斯頓大學的麥可·麥克艾爾瓦恩進行了採訪。麥克艾爾瓦恩表示無論該類行星身份是什麼，人們能夠發現一顆溫度如此之低、質量如此之小的天體與一顆恆星構成與我們太陽系類似的系統，都足夠讓天文界興奮了。如果它真是褐矮星的話，那么這種繞類日恆星軌道運行的現象則非常罕見。
訊息公布後，輿論界更關注的話題是其對太陽系的參照作用，以及是否有外星生命存在。對此，馬克斯·普朗克天文研究所的約瑟夫·卡森博士指出，獲得的類行星GJ 758 B的圖像信息只能說明，類日恆星周圍形成行星等天體及其表面環境有多種能性，太陽系的模式是其中之一，其恰巧擁有利於生命繁衍的環境。
垂死恆星
揭示太陽命運
台北時間2009年12月19日訊息，據美國媒體報導，法國巴黎天文台科學家經觀測發現，一顆距離地球550光年的類日恆星目前正處於死亡前的陣痛之中。科學家們首次拍下了一組關於該恆星詳細變化過程的特寫照片。通過對這組照片的分析，科學家們認為，這顆恆星的現狀預示著50億年後太陽的命運。
據了解，這顆恆星名為“天鵝座-X”星(Chi Cygni)，位於天鵝座的頸部附近。“天鵝座-X”星的核心氫燃料已基本耗盡，正逐步演變成一顆紅巨星。而且，它的體形也在不斷地反覆收縮和膨脹，就好象是一顆正在跳動的巨型心臟。當它膨脹到足夠大時，將可能會吞沒太陽系中火星外層的所有行星。
類日恆星目前正處於死亡前的陣痛之中。
類日恆星目前正處於死亡前的陣痛之中。科學家們拍下了一組“天鵝座-X”星表面的特寫鏡頭，這組特寫鏡頭以前所未有的詳細畫面展現了該恆星從2002年6月到2009年1月的變化情況，生動地揭示了該恆星垂死前的陣痛。法國巴黎天文台科學家西爾維斯特-拉庫爾領導了這項研究。拉庫爾表示，“太陽將於50億年後死亡。今日的天鵝座-X星就是50億年後的太陽。”因此拉庫爾認為，對天鵝座-X星的研究將有助於發現更多關於太陽未來命運的奧秘。
科學家解釋說，隨著類日恆星的日益老化，它們的核心氫燃料將燃燒殆盡。這就好比是當汽車燃油耗盡時，它的發動機就會出現異樣聲響。對於“天鵝座-X”星，科學家們也發現了它的異常變化，亮度時明時暗，體積也是時而收縮，時而膨脹。處於這個階段的恆星一般被稱為“米拉型變星”。在這一階段，垂死的恆星會向外丟棄大量的外層物質，這些物質將在數十萬年以後形成美麗的行星狀星雲。
“天鵝座-X”星的膨脹收縮周期為408天。當它收縮到最小的時候，直徑約為3億英里(約合4.8億公里)。在這個時候，由於其表面有大量的熾熱岩漿在翻滾，因此它的表面會出現明亮的斑點。當它膨脹到最大時，直徑約為4.8億英里(約合7.7億公里)，這一體積足以吞沒太陽系的小行星帶，但這時它也是最冷淡和最昏暗的時刻。
科學家們首次以如此清晰的特寫鏡頭揭示了“天鵝座-X”星的變化過程。他們將這一研究成果發表於《天體物理學》雜誌上。拉庫爾表示，“通過這些清晰的圖像，我們讓這顆脈動變星變得更加生動。我們通過觀測發現，它的膨脹和收縮過程，不僅僅是半徑變化，還存在許多其他現象，比如在最小半徑時，它的表面會出現巨大熱區。”
事實上，觀測和拍攝這種變星是極端困難的事情，這主要有兩個方面原因。第一，這種恆星通常隱藏於緊密的塵埃和分子外殼之中。為了研究包裹於這種外殼之內的恆星表面，天文學家必須要利用特殊波長的紅外天文望遠鏡進行觀測。紅外線可以穿透厚密的塵埃外殼。第二個原因就是這些恆星距離地球太遠，因此它們看起來非常小。儘管它們的體積比太陽要大，但是從地球上看過去，它們不會比月亮上的一間房屋大多少。普通的望遠鏡精度不夠。
直接拍到
據美國太空網報導，天文學家表示，他們首次直接拍到了一顆繞類日恆星軌道運行的類行星天體照片。2008年，天文學家便宣布捕捉到一個類似的背景，當時他們公布了一個單行星和多行星系統的直接圖像。然而，類似系統所繞恆星是巨恆星，質量遠遠超過太陽。
類日恆星
類日恆星此次有關這顆被確認的天體照片由夏威夷昴星望遠鏡於5月和Addar#v8月拍攝，當時一個新的行星搜尋設備正在接v受早期測試。研究小組成員、普林斯頓大學的麥可·麥克艾爾瓦恩表示，這顆類行星天體被稱之為“GJ 758 B”，所繞母星質量和溫度與我們的太陽相當，與地球之間的距離為300萬億英里(約合480萬億公里)，大約相當於50光年。
科學家尚無法確認這顆天體到底是一顆較大行星還是一顆褐矮星。褐矮星是宇宙中的不稱職成員，也被稱之為“失敗的恆星”。據他們估計，這顆天體的質量是木星的140倍。質量超過13顆木星的天體通常被視為褐矮星，低於這一質量便無法發生核反應。
麥克艾爾瓦恩表示，不管是哪一種情況，能夠獲取這顆天體的圖像都是一件令人興奮的事情。他在接受太空網採訪時說：“褐矮星繞類日恆星軌道運行的現象非常罕見。能夠發現一顆溫度如此低，質量如此小的天體繞附近一顆恆星運行並構成與FbIKuCA我們的太陽系類似的系統令人非常興奮。”
恆星金屬
恆星金屬源於行星碎片
歐洲南部天文台（EOS）一支國際天文學家研究小組通過研究擁有行星的恆星發現，矮星表面含富鐵元素，而巨星上則不是這樣。科學家們認為，前者是由於行星碎片掉落造成的，而這種“污染”在巨星上被稀釋並融入了巨星內部。
自從第一顆外星行星被發現以來，科學家們已知這些行星偏好富含鐵元素的恆星，擁有行星的恆星比沒有行星的恆星金屬含量高兩倍左右。
那么到底是恆星金屬促進了行星演化呢，還是行星的存在導致了恆星金屬含量較高呢？這是一個典型的雞生蛋還是蛋生雞的問題。如果是前一種情況，那么恆星內部也應當富含金屬，而如果是後一種情況，那么僅有恆星表面富含金屬。
通過觀察恆星測量光譜天文學家們只能了解恆星外層，而無法確定其整體構成成分。一支國際天文學家團隊決定另闢蹊徑，通過另外一種類型的恆星來研究這個問題——他們選擇了紅巨星。紅巨星是已經消耗盡氫元素的恆星，例如太陽在數十億年後就會成為一顆紅巨星。隨著紅巨星的體積不斷膨脹，溫度也不斷降低。
天文學家研究了14顆擁有行星的紅巨星，發現它們與其它擁有行星的恆星大不相同——它們的金屬含量並不高。
天文學家們認為，最合理的解釋是紅巨星與類日恆星的結構不同。混合所有氣體的對流區（convective zone）僅占類日恆星質量的2%，而在紅巨星上則增長了35倍，也就是說，在紅巨星上來自行星的碎片會被稀釋35倍。
新發現
新的系外行星
據國外媒體報導，歐洲天文學家日前宣布在太陽系外新發現了32顆行星，這意味著系外行星總數已超過400顆。
據研究人員介紹，這32顆系外行星大小不等，有的質量僅是地球的5倍，有的質量是木星的5到10倍。天文學家通過設在智利拉斯拉的歐洲南方天文台3.6米望遠鏡上的超敏感觀測儀發現了這些系外行星的蹤跡。此次發現令天文學家們激動不已，因為這表明銀河系內可能存在大量的低質量行星。
瑞士日內瓦大學天文學家史蒂芬·烏德里(Stephane Udry)說：“根據最新研究結果，我們現在確定了一個問題，即至少40%的類日恆星具有低質量的行星。這一發現確實很重要，因為意味著低質量的行星基本上無處不在。一個令人非常感興趣的事實是，電腦模型會對它們的特點做出預測，我們也會找到它們。此外，電腦模型甚至還能預測像地球一樣質量更低的行星。”
最新發現使得已知系外行星的數量超過400顆。之前的系外行星都是通過一系列天文技術和望遠鏡確認的，而最新一批則是歐洲南方天文台高精度視向速度行星搜尋器(HARPS)觀測的結果。高精度視向速度行星搜尋器利用了一種有時被稱為“搖擺法”(wobble technique)的技術。這是一種間接的觀測方法，即通過行星在經過恆星時所引起的搖擺現象，預知系外行星的存在。
天文學正逐步突破當前探測系外行星技術的限制，迄今發現的大多數系外行星都是類似木星質量，或是比木星質量更大的天體。但是，高精度視向速度行星搜尋器將重點聚焦於溫度相對低的小恆星(所謂的M級恆星)，希望發現低質量行星的蹤跡。低質量行星的活動極有可能像太陽系中的岩質行星一樣。
在已知28顆質量低於20倍於地球質量的系外行星中，高精度視向速度行星搜尋器現已確認了其中的24顆，而剩餘6顆就在最新發現的列表中。烏德里教授在接受英國廣播公司採訪時說：“我們在5倍於地球質量的天體上有兩個候選，在6倍於地球質量的天體上也有兩個候選。”
天文學家宣布高精度視向速度行星搜尋器發現了一個質量僅是地球兩倍的行星。科學家認為這顆行星上沒有生命存在，因為它距其母恆星非常近，表面溫度高的驚人。高精度視向速度行星搜尋器任務小組宣布了最新發現的32顆系外行星。他們同時表示，希望在未來6個月裡證實另一批相同數量的系外行星的存在。
天文學家的最終目標是在恆星的“適居帶”發現岩質行星。所謂恆星“適居帶”是指一個溫度在支持液態水存在範圍內的軌道。科學家認為，引入更新、更敏感的觀測技術可以讓他們在未來幾年內確認此類天體。
美宇航局在年初發射了“克卜勒”天文望遠鏡，希望通過觀測恆星穿越地球大小的行星時光線的微妙變化，確定此類行星的蹤跡。若要正確識別行星的特點，便需要不同的觀測方法。克卜勒“飛越法”可以揭示天體的直徑，而類似高精度視向速度行星搜尋器這樣的測量儀器則能揭開此類天體的質量之謎。
本報訊銀河系中有許多和太陽類似的恆星，一個由俄亥俄州大學地質學家和天文學家組成的小組正在以新的方式尋找著外星生命。據物理學家組織網報導，在本周於聖·弗朗西斯科召開的美國地球物理學聯盟會議上，該小組報告了他們新研究的初步結果：圍繞著這些類日恆星公轉的行星，可能比我們的地球更熱，更加有活力。這些系統的類地行星內部，溫度超過地球25%。因此從地質學上來講，它們會更活躍、更可能保留足夠的液態水來支持生命，至少是微生物形式的生命。
他們研究了8個大小、年齡、總體成分和太陽極為相似的類日恆星，檢測了其中所含放射性元素的數量。恆星數據來自智利的歐洲南方天文台高精度徑向速度恆星搜尋器（HARPS）光譜儀資料庫。
放射性元素衰變是地熱的重要來源，對地球的板塊構造也必不可少，而板塊構造有助於維持地球表面的水。所以有時人們也把板塊構造作為行星能否支持生命的一個指標。通過分析類日恆星中的釷、鈾等元素，研究人員發現其中7個所含的釷比太陽更多，這表明圍繞它們公轉的每顆行星也都可能含有更多的釷，意味著這些行星可能比地球更溫暖。俄亥俄州大學博士生凱曼·安特伯恩說，比如其中一顆恆星所含的釷是太陽的2.5倍，圍繞它公轉的類地行星內部所產生的熱量可能要超過地球25%，這會使板塊構造持續時間更長，也就有更長時間形成生命。
“如果證明了這些行星確實比以前認為的更溫暖，那我們就能圍繞這些恆星，有效地擴大宜居帶，將其從主恆星向外推得更遠，更多地考慮那些可能適合微生物生命的行星。”安特伯恩補充說，“我們能肯定的是，類日恆星內部的放射性元素數量存在某種自然差異。但由於樣本包括太陽在內只有9個，我們對這種差異在整個星系的分布還不太了解。從已知的行星來看，我們已知圍繞類日恆星的行星可能表現出同樣的差異，這種差異會對生命的形成產生影響。”
該校地球科學院副教授溫迪·帕內羅解釋說，放射性元素如釷、鈾等在地球幔層中都有，它們從內部加熱了行星，這種方式不同於來自地核的熱傳導。“地核一開始就是熱的，但它並非唯一的熱源，另一個重要因素就是放射性元素衰變，這是從地球形成時就開始了。沒有放射性衰變，就沒有足夠的熱量來驅動板塊構造，維持地球表面的海洋。”
“一顆行星要想在地質學的時間尺度上維持住它的海洋，需要有某種地殼‘循環系統’，對地球來說就是地幔對流。”安特伯恩說。地球上的微生物能從地下熱量中受益。大量古生菌微生物能不靠太陽能，直接靠地球深處的熱量生存。地球上的大部分放射性衰變的熱量來自鈾，那些富含釷的行星能提供更多熱量，半衰期也更長，能維持更長時間更熱的環境，這給了它們更多時間發展出生命。
談到為何我們太陽系的釷更少，安特伯恩解釋說：“這一切都開始於超新星。超新星中創造的元素，決定了形成新恆星和行星所能利用的材料。類日恆星散布在銀河系，形成於不同的超新星，只是出於偶然，它們才有了比我們更多的釷。”
