脉冲星周围的行星也能居住？

系外行星（太阳系以外行星）是近十年来天文学取得最大进展的研究领域之一。迄今为止，天文学家们已经在2800多颗恒星周围发现了3700多颗行星，其中有50多颗很有可能适合生命居住（这些数字还在不断地更新中，想知道最新的数字可以关注http://exoplanet.eu/catalog/），另外还有几千颗候选体等待着天文学家去认证。这些行星大多是围绕着像太阳一样的气体恒星，这些恒星都是通过核聚变发光发热。但是鲜为人知的是第一颗确切被发现的系外行星是在一颗脉冲星的周围，这颗脉冲星叫做PSR B1257+12，距离地球2300光年（光一秒钟走30万公里，光年就是光在一年走过的距离）。

脉冲星就是磁场比较高的高速旋转的中子星。中子星是一种密度非常高的天体，是水密度的一百万亿倍，它的直径只有十公里左右，质量却比太阳还大一些。中子星是8-30倍左右太阳质量的恒星，在演化到生命的末期，发生超新星爆发之后产生的天体。剑桥大学的Antony Hewish和他的学生Jocelyn Bell于1967年发现了第一颗中子星，同时也是一颗脉冲星（发现过程也值得跟大家介绍一下），Hewish也因此获得了1974年的诺贝尔物理学奖。

你可以把脉冲星想象为旋转的手电筒，当它的光束扫到地球时我们就接受到了周期性信号，这个信号的周期非常稳定，可以媲美地球最精确的原子钟。但是如果一颗脉冲星周围有行星绕转，由于行星的轨道运动，脉冲星会有非常微小的晃动（wobble），那么信号的到达时间就会有非常微小的变化。在1992年，Wolszczan 和 Frail就是通过测量这个微小的变化，发现了PSR B1257+12周围存在两颗行星，后来又发现了第三颗。这三颗行星分别叫做"Draugr" (PSR B1257+12 A)， "Poltergeist" (PSR B1257+12 B) 和 "Phobetor" (PSR B1257+12 C)，它们的质量分别为地球质量的2%，4.3倍和3.9倍，它们距离脉冲星分别为0.19,0.36和0.46天文单位（1天文单位为地球和太阳之间的距离）。

三颗行星的想象图，按照和脉冲星的距离从左到右依次排列。图片来自于astronomy.com

这三颗恒星的发现之所以没有引起大家的广泛兴趣，主要是因为人类寻找系外行星的最终目的是为了寻找是否存在拥有智慧生命的其它星球。但是天文学家都知道脉冲星周围的环境对于生命来说还是太残酷了，它周围的行星是不太可能拥有生命的，更何况智慧生命。脉冲星辐射的X射线是太阳的几千至几百万倍，在这样强烈的X射线辐射下，对任何形式的生命来说都是致命的。而且脉冲星的星风携带极高能的带电粒子，和行星大气中的原子碰撞可以快速蒸发大气，还会产生伽马射线，这种高能辐射对于生命危害更大。

两位来自荷兰的天文学家，第一次真正计算了脉冲星周围是否存在宜居带（宜居带的行星温度可以维持液态水的存在）。他们认为如果行星拥有非常厚的大气，比地球大气厚几百万倍，如此厚的大气可以保护星球表面的生命免受高能辐射的危害，更重要的是大气可以吸收这些X射线并且加热大气，使得行星的温度可以维持液态水的存在，而且脉冲星风需要耗费极长的时间（如果存在和地球差不多的磁场时间可能长达几十亿年）才完全蒸发大气，这样的行星对于维持生命来说还是很有希望的。

这么厚的大气对于PSR B1257+12 的两个比地球质量还大的行星来说是可能的，因为它们的引力更强，可以维持如此厚的大气。如果这两颗星球真的拥有如此厚的大气，它们的生态环境也跟地球表面是完全不同的，如此厚的大气会造成一个压强极高的黑暗世界，有点类似于地球上的深海环境。我们知道在地球上还是有生命可以生活在如此极端的环境下，那么PSR B1257+12周围的行星上也存在类似形态的生命么？不知道未来的天文学家们能否获得答案。

经受脉冲星风的三颗行星（假想图）。图片来自于NASA, JPL-Caltech and R. Hurt (SSC)

参考阅读：

https://apatruno.wordpress.com/2017/05/23/the-habitable-zone-around-neutron-stars/

https://arxiv.org/abs/1705.07688

http://astronomy.com/news/2017/12/protecting-exoplanets-from-pulsars