太阳系外宜居行星在哪里？

谢懿

已知行星的数量正在随着时间不断增加，然而还要多久我们才能找到生活在它们之上的生命？

2015年，一个天文学家团队利用已有250年历史的提丢斯—波得定则，预言了宜居行星的数目。结果显示，有数十亿颗恒星在其宜居带内拥有1颗至3颗行星。尽管这个定则可以通过简单的计算预测恒星周围的行星的轨道，但它并非特别准确，即便在太阳系中也是如此。

然而，很多科学家相信，宇宙中存在大量与地球类似的行星，其中有许多就位于银河系中。

超级地球的艺术概念图。这类行星有别于太阳系中的任何行星，质量可达地球的十倍左右。

天文学家称这些行星为类地行星。在目前已知的1211个行星系统中，有482个拥有1颗以上的行星，已知的行星总数为1918颗。得益于不同的空间任务，这些数字正在随着时间不断增加。在迄今观测到的行星中，有一些大小和地球相仿，有一些的轨道和地球相似，还有一些围绕的是类太阳恒星。不过，还没有一个能同时满足所有这三个标准。有着数以千计的行星却没有发现一个地球的孪生兄弟，着实令人惊讶。这是否意味着类地行星是极为罕见的？计划于未来几年升空的

欧洲局计划于2017年发射的太阳系外行星探测卫星的概念图

探测任务能否帮助我们很快找到另一个地球？

早在好几年前，天文学家就开始思考，距离我们最近的地球孪生兄弟会有多远。

为了找到答案，他们梳理了开普勒空间望远镜收集的数据。自2009年开始，开普勒空间望远镜共监测了145000颗恒星，直到2013年它的姿态控制系统出现故障为止。天文学家分析了其中42 000颗恒星的数据，来寻找因行星遮挡其宿主恒星而造成的恒星亮度变暗。这一现象被称为凌星。

使用这种技术，天文学家发现了603颗行星，其中有10颗的大小和地球相仿。这些行星中没有一个是地球的孪生兄弟，但对它们进行统计分析发现，大约1/5的类太阳恒星可能拥有类地行星。

这相当于，当你抬头看夜空中的数千颗恒星时，距离我们最近的在其宜居带内存在地球大小的行星的类太阳恒星大概就在12光年之外，用肉眼就能看见。

为了量化一颗行星与地球的类似程度，天文学家制订出了地球相似指数（ESI）。它着眼于行星的半径、密度、逃逸速度和表面温度，并把它与地球进行比较。每颗行星都可以就此被打分，分数在0～1之间，1表示这颗行星与地球完全一样。

根据这个指数，与地球最相似的行星是KOI-1686.01。“KOI”表示是开普勒空间望远镜发现的潜在目标，是在被证实之前的临时编号。KOI-1686.01的半径是地球的1.33倍。虽然围绕的是一颗暗弱的红矮星，但由于靠得近，因此它能接收到足够的热量，使得其表面可以有液态水存在。经过综合评价，其ESI为0.89。在太阳系，火星的ESI只有0.69。不幸的是，后续的观测都未能再次发现这颗行星。

水世界

为了证实观测到的确实是一颗行星，必须首先观测到恒星的亮度下降，然后再通过地面望远镜来观测因该行星的引力导致的恒星运动。

但是，迄今还没有发现第二个地球。不过，这并不意味着已经发现的一些行星就不适宜生命了。它们更像是地球的表兄弟，而非孪生兄弟。其中有两颗行星脱颖而出，超过了其他行星。第一颗是开普勒-186f。它几乎和地球一样大，但收到的光照只有地球的约1/3。第二颗是开普勒-62f。它的大小是地球的1.4倍，收到的光照是地球的40%左右。

宜居性的关键是这颗行星上要有足够的热量来维持液态水的存在，使得生物化学作用得以发生。假如接收到的光能远少于地球，似乎会使得行星的温度过低，但大气层会发挥重要的作用。

地球的温室效应已经妇孺皆知，这就是大气层聚集热量的一种能力。由于和碳排放有关，所以我们只看到了它的消极面，事实上，正是温室效应的增温作用才维系了地球的宜居性。

没有温室效应，地球就会被“冻僵”。所以，这两颗太阳系外行星也必须依靠温室效应，来弥补它们光照不足的问题。对开普勒-62f来说，它的直径较大，能产生更强的引力，从而可以维持住比地球更厚的大气层，有助于增强其温室效应。

搜寻宜居行星的下一代空间任务也即将出征，其中有两个将沿用开普勒空间望远镜的技术。它们正在大西洋的两岸加紧研发，都会使用凌星方法来进行探测。更灵敏的探测器使得它们能发现更小的行星。

欧空局正在建造太阳系外行星探测卫星（CHEOPS），计划于2017年发射。它将研究那些已知拥有行星的近距恒星，测量行星的半径，并寻找那些漏网的行星。

与此同时，美国航空航天局正在筹划太阳系外凌星行星巡天卫星（TESS）。它也计划于2017年发射，将使用4台大视场望远镜来观测天空中的500000颗恒星。据估计，TESS能发现1000颗至10000颗行星。如果有一颗位于小型恒星宜居带的岩质行星凌星的话，TESS就会发现它。

当然，科学家更关心的是这些行星上可探测的生命迹象。这里仍有很大的不确定因素，因此实现这一目标的第一步是找到尽可能多的宜居行星。天文学家已经有了一些候选目标，CHEOPS和TESS 应该会把这些搜索显著向前推进。E.T.——我们来了！

延伸阅读

开普勒空间望远镜是专门搜寻银河系中位于宜居带内的行星的。它已经发现了几颗可能拥有生命的候选行星。

开普勒-438b

该行星被证实于2015年1月6日。开普勒-438b被认为是一颗岩质行星，半径是地球的1.12倍。它距离我们470光年，以35.2天的周期围绕一颗红矮星公转。虽然其宿主恒星的温度比太阳低，但由于靠得近，使得它接收到的光能是地球的1.38倍。

开普勒-442b

该行星距离我们1120光年，半径是地球的1.34倍，公转周期为112天。虽然其宿主恒星的温度仅比太阳稍低一点，但由于它的轨道较远，使得它接收到的光能只有地球的66%。

开普勒-186f

开普勒-186f于2014年4月被公布，也许是迄今距离我们最近的类地行星。虽然有些人称它为地球2.0，但两者并非完全相同。尽管它的半径是地球的1.1倍，但因其宿主恒星比太阳暗，使得它接收到的能量只有地球的1/3。它是第一颗在其他恒星的宜居带内发现的地球大小的行星。

开普勒-62f

它是围绕恒星开普勒-62公转的5颗行星中最外围的一颗。因其半径是地球的1.4倍，于是被称为超级地球。它接收到的光能只有地球的41%，但它如此大的个头提供的强引力可以维持一个较厚的大气层，产生更强的温室效应。

开普勒-62e

它是开普勒-62f的姐妹行星，也是一颗超级地球。它位于其宿主恒星宜居带的内边缘，因此接收到的光能超过地球。在恒星开普勒-62周围发现两颗潜在的宜居行星促使美国国会召开了听证会，题为“太阳系外行星的发现：我们是否发现了其他的地球”。