格利泽667 (系外行星)
· 描述：一个潜在的宜居超级地球
· 身份：围绕红矮星格利泽667c运行的行星，位于宜居带内，距离地球约23光年
· 关键事实：是围绕同一颗恒星运行的多颗行星之一，其接收的恒星能量与地球接收的太阳能量相近。
格利泽667：红矮星旁的潜在宜居超级地球探秘
一、引言：系外行星探索与人类对宜居世界的追寻
自1995年首颗围绕类太阳恒星运行的系外行星“飞马座51b”被发现以来，人类探索宇宙中其他“地球”的脚步从未停歇。截至2023年，天文学家已确认超过5500颗系外行星，其中不乏位于恒星“宜居带”（habitable Zone）内的候选者——这一区域的温度条件允许液态水存在于行星表面，被视为生命诞生的重要前提。在这些候选者中，格利泽667（Gliese 667 ）以其独特的属性脱颖而出：它是一颗围绕红矮星格利泽667c运行的“超级地球”，接收的恒星能量与地球相近，且距离太阳系仅约23光年。这颗行星的发现不仅挑战了传统宜居行星的认知框架，也为理解红矮星系统的行星形成与演化提供了关键样本。
本文将从格利泽667的发现历程、物理特性、母恒星环境及潜在宜居性四个维度展开分析，结合最新观测数据与理论模型，探讨其作为“第二地球”的可能性与挑战。作为系列研究的上篇，本文将聚焦于该行星的基础属性及其所在恒星系统的宏观背景，为下篇深入探讨其大气特征与生命存在潜力奠定基础。
二、发现历程：从径向速度法到多行星系统的确认
2.1 格利泽667恒星系统的早期观测
格利泽667（Gliese 667）最初被归类为天蝎座星，后经重新编号纳入格利泽近星星表（Gliese catalogue of Nearby Stars），成为距离太阳系最近的恒星系统之一。该系统由三颗恒星组成：格利泽667A（1V型红矮星，质量约0.73倍太阳质量）、格利泽667b（2V型红矮星，质量约0.69倍太阳质量），以及格利泽667c（1.5V型红矮星，质量约0.31倍太阳质量）。三颗恒星构成三星系统，其中A与b相互绕转（轨道半长轴约12 AU），而c则以约230 AU的距离环绕Ab双星运行。
早期对格利泽667的观测主要集中于恒星本身的物理参数测量。20世纪80年代，通过视向速度法（Radial Velocity thod）检测到微弱的速度变化，暗示可能存在行星引力扰动，但因信号较弱未被确认为行星。直到21世纪初，欧洲南方天文台（ESo）的高精度径向速度行星搜索器（hARpS）投入使用，该系统才迎来突破性发现。
2.2 格利泽667的探测与确认
2011年，瑞士日内瓦大学的天文学家团队利用hARpS光谱仪，对格利泽667c进行了长达四年的监测。通过分析恒星光谱的多普勒频移，他们发现其径向速度呈现周期性变化，周期约为28天，振幅约4.5 \/s。根据开普勒第三定律与引力模型计算，这一变化对应一颗质量至少为地球4.5倍的行星，轨道半长轴约0.125 AU（约为水星轨道半径的三分之一）。由于该行星轨道位于格利泽667c的宜居带内（当时估算的宜居带范围为0.11–0.25 AU），且其接收的恒星辐射通量与地球相近（约0.87倍地球值），研究团队将其命名为格利泽667，并推测其为“潜在宜居超级地球”。
这一发现很快引发学界关注。后续观测通过凌日法（transit thod）与地面望远镜的红外巡天（如斯皮策太空望远镜）进一步验证了行星的存在，并排除了质量更大的气态巨行星可能性。2013年，美国宾夕法尼亚州立大学的科学家结合hARpS与另一台高精度光谱仪（hIRES）的数据，确认格利泽667c至少拥有三颗行星，其中格利泽667的质量被修正为地球的3.8倍，轨道周期精确到28.155天。
2.3 科学意义：红矮星系统的行星多样性
格利泽667的发现打破了“红矮星难以孕育宜居行星”的传统认知。红矮星（型主序星）占银河系恒星总数的70%以上，但其低光度、高活动性与长寿命（可达数万亿年）使其行星系统具有独特性：
紧凑的宜居带：因红矮星温度较低（表面温度约2500–3500 K），宜居带距离恒星极近（通常小于0.3 AU），导致行星轨道周期短（多为数十天），更易通过径向速度法探测；
潮汐锁定效应：近距离轨道可能导致行星自转与公转同步，形成“永昼面”与“永夜面”，影响大气环流与气候稳定性；
高能辐射威胁：红矮星频繁爆发的耀斑与恒星风可能剥离行星大气，尤其对缺乏磁场保护的类地行星构成挑战。
格利泽667作为首颗在红矮星宜居带内确认的超级地球，为研究此类行星的形成机制与环境适应性提供了关键案例。
三、物理特性：超级地球的尺寸、质量与轨道特征
3.1 基本参数：质量、半径与密度
格利泽667的核心参数通过径向速度法与天体测量学联合测定。其最小质量为3.8倍地球质量（3.8 ⊕），这一数值基于恒星径向速度的振幅计算得出，实际质量可能因轨道倾角略有增加（若倾角为90°，质量即为最小值）。半径方面，由于缺乏凌日观测数据（尚未检测到凌日现象），需通过质量-半径关系模型估算。根据“地球型行星质量-半径经验公式”（适用于质量≤10 ⊕的岩质行星），当质量为3.8 ⊕时，半径约为1.5倍地球半径（1.5 R⊕），体积约为地球的3.4倍。
密度是判断行星成分的重要指标。假设格利泽667为纯岩石行星（密度约5.5 g\/3），其半径应约为1.3 R⊕；若包含10%的水冰或气体包层，半径可增至1.6 R⊕。目前主流模型认为，其密度约为4.5–5.0 g\/3，表明它可能是一颗岩质超级地球，内部结构与地球类似（铁核、硅酸盐幔与地壳），但重力略高于地球（表面重力约1.3–1.5 g）。
3.2 轨道动力学：宜居带的精确位置与稳定性
格利泽667的轨道半长轴为0.125 AU，偏心率为0.2（中等椭圆轨道），公转周期28.155天。其母恒星格利泽667c的光度仅为太阳的1.4%，因此尽管距离较近，行星接收的恒星辐照通量（F）仍可通过公式 F = L_*\/ (4\\pi a^2) 计算（L*为恒星光度，a为轨道半长轴）。代入数据后，F≈870 w\/2，约为地球接收太阳辐射通量（1361 w\/2）的64%。然而，由于红矮星的辐射峰值位于红外波段（λ_ax≈1.1 μ，而太阳为0.5 μ），行星表面的能量平衡需考虑光谱差异。修正后的有效温度显示，格利泽667的表面平均温度约为-3°c至+10°c（取决于大气反照率与温室效应），接近地球的全球平均温度（15°c），为液态水的存在提供了可能。
轨道稳定性方面，格利泽667与其他行星（如格利泽667cb、ce）的轨道间距大于10倍希尔球半径（hill Sphere Radi），表明其轨道不易受邻近行星引力扰动，长期稳定性较高。不过，由于母恒星c的亮度较低，行星表面的光照强度仅为地球的60%，可能导致光合作用效率下降，影响潜在生态系统的能量基础。
3.3 与太阳系行星的类比：从“迷你海王星”到“放大版地球”
在太阳系中，不存在与格利泽667直接对应的行星，但可通过类比理解其特征。若按质量划分，它属于“超级地球”（2–10 ⊕）；按表面重力划分，介于地球（1 g）与天王星（0.9 g，但质量更大）之间。与已知的太阳系岩质行星相比：
比地球大，比海王星小：地球质量为5.97x102? kg，海王星为1.02x102? kg，格利泽667的质量约为2.26x102? kg，更接近地球但体积更大；
更高的内部压力：由于质量更大，其核心压力可能达到地球的2–3倍，或促进更活跃的地质活动（如火山喷发、板块运动），这对维持大气成分与磁场至关重要；
可能的磁场强度：地球的磁场源于外核液态铁的“发电机效应”，格利泽667若具有相似的内部结构，其磁场强度可能更强，有助于抵御恒星风的侵蚀。
四、母恒星环境：红矮星格利泽667c的特性与影响
4.1 格利泽667c的恒星参数与演化阶段
格利泽667c是一颗1.5V型红矮星，质量约0.31倍太阳质量（☉），半径0.42 R☉，表面温度约3340 K（太阳为5778 K），光度0.012 L☉（仅为太阳的1.2%）。其金属丰度（[Fe\/h]）为-0.46 dex，低于太阳（+0.0 dex），表明形成时重元素含量较少，这可能影响行星形成的原材料供应。
从恒星演化角度看，格利泽667c处于主序星阶段的中期，年龄约20–40亿年（通过理论模型与恒星自转速率估算）。红矮星的主序星寿命极长（可达数万亿年），远超过太阳的100亿年，这意味着格利泽667在未来数十亿年内仍将稳定接收恒星能量，为生命演化提供充足时间窗口。
4.2 恒星活动：耀斑、恒星风与高能辐射
红矮星的高活动性是其宜居行星面临的主要威胁。格利泽667c虽属较平静的红矮星，但仍表现出显着的磁活动：
耀斑爆发：2016年，天文学家通过x射线望远镜（x-on）观测到格利泽667c的一次超级耀斑，释放能量达1033 erg（相当于太阳最强耀斑的10倍），伴随强烈的紫外线与x射线辐射。此类事件若发生在地球附近，可能破坏臭氧层并导致生物dNA损伤；
恒星风：红矮星的恒星风速度较低（约200–500 k\/s），但密度较高（因恒星外层大气更活跃）。模拟显示，格利泽667c的恒星风压力约为地球的100倍，可能逐渐剥离行星大气，除非行星具有强磁场保护；
紫外辐射：尽管红矮星整体辐射较弱，但其紫外波段（尤其是UV-c）的能量占比更高。格利泽667c的紫外辐射通量约为地球的30%，可能抑制行星表面的复杂分子形成。
4.3 潮汐锁定的可能性与气候效应
由于轨道半长轴仅为0.125 AU，格利泽667很可能已被母恒星潮汐锁定（tidal Log），即自转周期等于公转周期（28天），导致一面永远朝向恒星（昼面），另一面永远背向恒星（夜面）。这种极端环境对气候的影响取决于大气厚度与成分：
薄大气模型：若无浓厚大气，昼面温度可能高达50°c以上，夜面则降至-150°c以下，仅晨昏线附近存在宜居区域；