天文
永远的黑夜面：首颗确认潮汐锁定的超级地球
科学家首次证实，超级地球LHS 3844b存在永久暗面，这一发现为潮汐锁定行星提供了有力证据，对理解系外行星的潜在适居性具有重要意义。
现在，科学家们已经提供了最有力的证据，证明至少有一颗行星具有这种特征，即潮汐同步或1:1潮汐锁定。天文学家认为，许多系外行星同样被“困住”——包括大多数有潜力维持生命的候选行星。
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在今天发表在《天体物理学杂志》上的一项研究中，科学家们提供了迄今为止最有说服力的证据，证明一颗行星具有这种特征——被称为潮汐同步或1:1潮汐锁定。天文学家认为，许多系外行星也是同样“被困住”——包括大多数有潜力维持生命的候选行星。
当一颗行星非常靠近它的恒星运行时，其近侧经历的引力远大于远侧。随着时间的推移，这种不平衡，被称为潮汐力，被认为会减慢行星的自转速度，直到它与其轨道完全同步。这意味着行星自转一周所需的时间与它绕恒星运行一周所需的时间相同。月球被认为经历了这个过程，这也解释了为什么它有一个“远侧”永远不面向地球。
许多系外行星被认为因为它们与宿主恒星的近距离接触而处于1:1潮汐锁定状态，但这种状态很难证明。测量一颗系外行星的轨道是直接的；确定它的自转则要困难得多，尤其是当行星拥有大气层时，会遮挡我们观察其旋转表面的视线。
科学家们转向了一颗靠近其恒星的特定系外行星，以最终证明潮汐锁定假说。2019年，研究人员使用斯皮策太空望远镜测量了这颗名为超级地球LHS 3844b的行星发出的光强度。Cowan和他的合著者意识到，这些测量可以告诉他们行星面向地球一侧的表面温度，因为这颗行星可能没有大气层。
那些没有潮汐同步的行星会因为它们的自转与恒星施加的巨大潮汐力之间的冲突而加热。研究团队发现LHS 3844b的表面相对较凉——这是潮汐同步行星所预期的。
“这是最有力的证据，一个人可能通过目前现有的信息或仪器收集到的最有说服力的证据，”密歇根大学安阿伯分校的理论天体物理学家Emily Rauscher说。
加州大学洛杉矶分校的天文学家Emily Whittaker指出，该论文假设LHS 3844b没有大气层，但他们合著的2022年的一项研究为存在一层薄薄的、类似地球的大气层留出了空间。他们说这可能会使新论文的论点复杂化，但同意团队提出的证据确实指向了潮汐同步。
更多的证据即将到来。“詹姆斯·韦伯对此非常有效，”Cowan说。詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)将允许天文学家研究那些比LHS 3844b更远的恒星轨道上的系外行星的自转。天文学家现在认为，这样的行星可以维持大气层和温和的温度，构成了银河系大部分的适居地。如果JWST发现它们像LHS 3844b一样潮汐同步，Cowan说，那么“可能大部分行星，肯定大多数适居行星，都是潮汐锁定的”。
至于这样的行星在何种意义上可能是适居的，Cowan目前无法推测。他说，这些世界“没有潮汐，或季节，或昼夜循环”。“你能否获得同样多样化和复杂的生命进化？我不知道。”