GJ 1214 b是一個在2009年發(fā)現(xiàn)的太陽系外超級地球，環(huán)繞位于蛇夫座內(nèi)的GJ 1214恒星，距離地球13秒差距，即40光年。證據(jù)顯示，這個“水世界”同樣擁有大氣層，亦是現(xiàn)時除了柯洛7b以外，已發(fā)現(xiàn)的系外行星中第二個已知質(zhì)量及半徑比太陽系的氣態(tài)巨行星為小的行星。天文學(xué)家認為這顆行星是歷來發(fā)現(xiàn)特征最接近地球的行星，所以它的發(fā)現(xiàn)對人類很重要。雖然它的恒星是一顆昏暗的紅矮星，亮度只有太陽的三千分之一，但由于二者間距離太近，這顆水行星表面溫度高達200℃，它繞恒星運行1周只需38小時，比地球要365天短得多。他的表面沒有土地，表面有100％水。現(xiàn)時科學(xué)家透過當(dāng)它凌越母星時，透過從它的光分析其大氣成分，以取得更多有關(guān)這顆行星的信息
簡介
科學(xué)家最新發(fā)現(xiàn)一顆表面富含大量水資源的巖石行星，而且距離地球非常近，未來科學(xué)家將進一步揭示該太陽系外行星表面的大氣層狀況。這顆系外行星目前被命名為“GJ1214b”，距離地球僅40光年，它環(huán)繞著一顆紅矮星運行，它是當(dāng)前發(fā)現(xiàn)的唯一一顆超級地球系外行星――質(zhì)量在地球和海王星之間，并具備穩(wěn)定的大氣層。美國馬薩諸塞州哈佛－史密遜天體物理學(xué)研究中心的大衛(wèi)·查邦紐（DavidCharbonneau）是該項研究的負責(zé)人，他說：“從天文學(xué)角度上講，GJ1214b是我們的鄰居，它與地球之間的距離非常近，甚至我們的電視信號都可以抵達這顆行星。”
概述
GJ1214b是一顆極像地球的行星，之所以說極像地球，是因為它上面富含豐富的水資源。
GJ1214b距離地球約40光年，約由75%的水和25%的巖石構(gòu)成，有穩(wěn)定的大氣層；體積約為地球的2.7倍，質(zhì)量是地球的6.5倍，溫度高達200攝氏度，被稱為超級地球。
GJ1214b環(huán)繞著一顆比太陽小且溫度低的紅矮星運行，它與該恒星僅209萬公里，公轉(zhuǎn)一周只需38小時。盡管該恒星的表面亮度只有太陽的1/3000，但由于兩者之間很近，所以GJ1214b的溫度仍高達200多攝氏度。
最早觀測
哈佛——史密森天體物理學(xué)中心的貝爾塔是最早觀察到GJ1214b的行星的人員之一，他指出，該行星上的水可能以“七冰”（一種水的結(jié)晶體，存在于氣壓為地球地平線2萬倍的環(huán)境下）的形式存在。
GJ1214b行星表面有某種東西阻礙來自紅矮星的光線進入，天文學(xué)家推測，很可能是由氦氣和氫氣組成的大氣層。科學(xué)家準(zhǔn)備動用哈勃空間望遠鏡研究GJ1214b大氣層的具體成分。哈佛大學(xué)天文學(xué)教授大衛(wèi)·查邦紐（DavidCharbonneau）稱：“它距離地球很近，愛德文·哈勃能夠探測到他的大氣并分析其成分。”
據(jù)報道，發(fā)現(xiàn)這顆行星的裝備并不高級，僅僅是地面上的一臺業(yè)余40厘米口徑的望遠鏡。
特點
GJ1214b是一顆最近被發(fā)現(xiàn)的類地行星。它距離地球40光年，表面四分之三都被深海覆蓋。這是人類第一次在太陽系外發(fā)現(xiàn)的飽含液態(tài)水的行星，與此并存的卻是常年190度的高溫。行星的發(fā)現(xiàn)者大衛(wèi)·沙博諾認為，GJ1214b上充滿灼熱而濃厚的蒸汽，這樣的環(huán)境也許并不適合地球形態(tài)的生命存在，但有可能發(fā)現(xiàn)其他形態(tài)的生命。
GJ1214b行星的體積是地球的3倍，質(zhì)量是地球的6.5倍，它是迄今發(fā)現(xiàn)的第二顆最小太陽系外行星，此前有一顆叫做“CoRoT-7b”的行星，體積僅是地球的1.7倍，質(zhì)量是地球的5倍。
CoRoT-7b
CoRoT-7b行星之所以被天文學(xué)家認為是一顆罕見的巖石系外行星，是因為天文學(xué)家在地球上進行凌日觀測時發(fā)現(xiàn)它呈現(xiàn)暗淡色。天文學(xué)家通過凌日法能夠計算出行星的體積和密度，查邦紐的研究小組認為CoRoT-7b很可能是一個具有固體內(nèi)核的“水世界”，此外它還具備一個密集的大氣層，大氣層是由氫氣和氦氣構(gòu)成。
猜測
正常情況下，一顆與特殊類型恒星保持如此距離的行星會非常熾熱，其表面溫度可使任何水成為水蒸汽形成。但是科學(xué)家認為CoRoT-7b行星的密集大氣層可形成一種高壓環(huán)境，從而使行星表面的水保持液態(tài)，然而這僅是一種猜測而已。
麻省理工學(xué)院天體物理學(xué)家莎拉·西格爾（SaraSeager）說：“至于這顆太陽系外行星的溫度究竟達到多少度，目前我們還無法知曉。我認為這顆行星表面并不存在海洋行星，這是因為這顆行星的溫度太高，我推測該行星上的水資源處于超流體狀況，之后很快就會被蒸發(fā)。”據(jù)悉，他剛出版了一本介紹系外行星的書――《地球之外是否有生命？尋找系外行星適宜居住區(qū)域》。
深入研究
目前，天文學(xué)家計劃下一步對該行星的大氣層進行深入研究，該大氣層存在著許多不確定因素，首先，大氣層的壓力是至關(guān)重要的，這對于行星表面存在生命體很關(guān)鍵；其次，密集的大氣層會阻擋射入行星表面的微弱恒星光線。
查邦紐說：“如果將太陽比作是一個1000瓦燈泡，那么CoRoT-7b的恒星就是一個3瓦燈泡。”
西格稱，無論這顆行星具有什么樣的構(gòu)成成分，天文學(xué)家都對這項發(fā)現(xiàn)感到興奮和驚喜！目前我們真正地發(fā)現(xiàn)一顆比地球大的行星環(huán)繞一顆較小的恒星運行，而且它與恒星之間的距離處于適宜生命存在區(qū)域。令我們興奮的是它非常接近我們的地球，僅有40光年的距離。
據(jù)悉，CoRoT-7b行星是天文學(xué)家通過一組小型地面望遠鏡觀測到的，該項研究報告詳細發(fā)表在本周出版的《自然》雜志上。
發(fā)現(xiàn)和研究
40光年外的星球
在最近十年里，天文學(xué)家觀測星系的視角，開始逐漸從太陽系以內(nèi)轉(zhuǎn)向更遠的范圍。尋找類地行星，一直以來都是天文觀測者的目標(biāo)所在，而能在廣袤宇宙間發(fā)現(xiàn)地外生命，則是每一個仰望星空者的夙愿。
一般來說，天文學(xué)家都會通過觀測恒星星系來尋找類地行星，大衛(wèi)·沙博諾介紹說。因為超出太陽系的范圍，天文學(xué)家很難觀測到亮度較為暗淡的行星，恒星則更明亮些，比較容易觀測到。發(fā)現(xiàn)一顆太陽系外的類地行星，通常的過程是，科學(xué)家先確定一顆恒星是否和太陽類似，繼而再去推算，在環(huán)繞著它運轉(zhuǎn)的那些行星當(dāng)中，是否有條件產(chǎn)生出一顆和地球相似的行星。
大衛(wèi)·沙博諾在哈佛大學(xué)天體物理研究中心（CFA）領(lǐng)導(dǎo)一只國際天文研究團隊，尋找類地行星是他的主要工作之一。最近，沙博諾的團隊在距離地球40光年的地方發(fā)現(xiàn)了一顆類地行星，他們將這顆行星暫時命名為GJ1214b。12月17日，《自然》雜志刊登了關(guān)于行星GJ1214b的所有數(shù)據(jù)，而《時代》則報道說，在這個發(fā)現(xiàn)行星根本不足為奇的年代里，GJ1214b還是會以其“不同尋常”的特征，“占據(jù)各大媒體的首頁”。因為這顆行星跟之前天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的所有太陽系外行星相比，尺寸理想，溫度也還算適宜，最重要的是，這顆行星75%的區(qū)域都被深海覆蓋著。這是我們迄今為止在在地球之外發(fā)現(xiàn)的第一顆飽含液態(tài)水的星球。
超級地球
這是一顆“超級地球”（super-地球），《自然》雜志這樣描述行星GJ1214b。不過這不是什么贊美之詞，而是一個天文學(xué)上的特殊概念。“超級地球是指那些質(zhì)量是地球1-10倍的類地行星。”《自然》解釋道。GJ1214b的質(zhì)量是地球的6.6倍，所以被劃入超級地球的類別。
目前沙博諾和他的團隊正在進一步研究這顆行星的形態(tài)，以及它可能擁有的生態(tài)環(huán)境。除了質(zhì)量比地球大，行星GJ1214b的體積也比地球大2.7倍，而密度卻只有地球的1/3。這些對比幫沙博諾初步確定了行星上的水環(huán)境，繼而，沙博諾發(fā)現(xiàn)，在GJ1214b上，和廣闊海洋并存的，還有190度的高溫。
在地球上，190度早已超過了水的沸點，足以讓水直接氣化，但是在GJ1214b上，因為大氣壓強和地球上的很不同，所以即使在190度的高溫下，液態(tài)水仍大面積存在，在有些區(qū)域，海水甚至半凝結(jié)著，呈現(xiàn)出水晶一樣的形態(tài)。不過蒸騰作用也很厲害。天文學(xué)家估計GJ1214b上存在著非常厚重的大氣層，而沙博諾則認為，這些大氣層大都由蒸汽構(gòu)成。這些蒸汽濃厚而灼熱，常年籠罩著GJ1214b，令它好像一只名副其實的巨型蒸籠。
天文學(xué)家稱這樣的環(huán)境為“宜居地帶”（habitable zone），這大約是和其他環(huán)境更惡劣的類地行星對比得出的結(jié)果。人類很難想象會在這樣的處境下生活——即使遭遇氣候災(zāi)變，地球上最惡劣的狀況也不至于到這樣的境地。但是很難說，這里沒有一些別的生命物種存在，比如某種類似于細菌的物種。也很難說，這里會不會生出一些生命物質(zhì)，與我們在地球上見到的完全不同。
總之，這里有水，有還算適宜的溫度，“我們不能斷言那里沒有生命物質(zhì)存在，不過現(xiàn)在說一定有（生命），那也很武斷。”扎加利。貝爾塔說。他是哈佛大學(xué)天體物理研究中心的研究生，也是第一個發(fā)現(xiàn)GJ1214b線索的人。
偶然發(fā)現(xiàn)的鄰居
行星GJ1214b上的高溫來自于它所圍繞的恒星，一顆紅矮星。和太陽相比，這顆紅矮星顯得十分昏暗，亮度只有太陽的三千分之一；然而由于GJ1214b和紅矮星距離太近，只有大約209萬公里的距離（GJ1214b圍繞紅矮星運行一周只需要38小時），所以來自恒星的溫度令GJ1214b變得十分灼熱。
發(fā)現(xiàn)GJ1214b的過程十分偶然。和其他天文學(xué)家一樣，沙博諾最先關(guān)注的也是太陽系外的那些恒星。“那些恒星大多是紅矮星。這是銀河系里最常見的恒星類型。”沙博諾說。他們在銀河系外鎖定了2000顆紅矮星，利用一個小型地面望遠鏡陣列來觀測這些紅矮星。這項工作被沙博夫稱為MEarth計劃。
沙博諾他們首先看到GJ1214b的母星。一次偶然的機會，貝爾塔發(fā)現(xiàn)那顆紅矮星表面的亮度不對，之后他通過數(shù)據(jù)計算證明，那是一顆行星正好從它的前方穿行過去。這顆行星就是GJ1214b。
現(xiàn)在沙博諾和他的團隊正準(zhǔn)備進一步探索GJ1214b上和大氣環(huán)境相關(guān)的所有細節(jié)。在觀測條件上，GJ1214b提供了前所未有的好機會。從宇宙的尺度來說，40光年的距離幾乎相當(dāng)于就在地球隔壁。“事實上我們用來發(fā)現(xiàn)GJ1214b的望遠鏡，只比業(yè)余愛好者的望遠鏡高級一點。”貝爾塔說。現(xiàn)在他和沙博諾準(zhǔn)備申請用美國航空航天局的望遠鏡來觀測這位“鄰人”。哈勃空間望遠鏡和紅外敏感型斯皮策望遠鏡都能清楚地觀測到GJ1214b上的大氣狀況，“盡管最后可能會證明，這樣的大氣環(huán)境對生命而言并不友善，但它還是會成為第一個大氣信息為人所確知的類地行星。”沙博諾說。
行星特質(zhì)
GJ 1214 b 的半徑可經(jīng)由它對母恒星凌日時從地球上觀測母恒星光度減少量得知。行星的質(zhì)量可以對母恒星以精密的徑向速度量測恒星光譜內(nèi)譜線因為多普勒效應(yīng)造成的移動量求得，根據(jù)行星的質(zhì)量和半徑就可得知密度。和理論模型相比較，行星的密度可以提供有限但相當(dāng)有用的行星組成和結(jié)構(gòu)資訊。
一般認為 GJ 1214 b 有一個相對較厚的氣體散逸層，在行星形成和演化中不同的組成物質(zhì)會影響行星的結(jié)構(gòu)，GJ 1214 b 可能是一個正在釋放氣體中，有富含氫的大氣層的的巖石行星、或者是迷你海王星甚至是海洋行星，如果它是一個水世界，那它可能是溫度較高、且體積較大版本的伽利略衛(wèi)星。
如假設(shè) GJ 1214 b 是海洋行星??即行星內(nèi)部核心是巖石，外部被大量液態(tài)水覆蓋的行星，而巖石和水的組成比例可能是25%巖石和75%水，且星球表面很可能覆蓋有質(zhì)量約占整體0.05%的氫和氦厚層大氣層。水行星的形成可能是因為行星軌道遷移和原行星由富含冰的揮發(fā)成分形成在雪線之外，但從未達到足以吸積大量氫和氦這些星云氣體而形成的，因為流體靜壓力會隨深度變化，以及模型中水的物質(zhì)狀態(tài)包含氣體、液體、超流體、高壓冰和帶電粒子態(tài)??該行星上部分水可能以冰VII的形式存在。
參考資料 >