在銀河系,至有 3 億顆宜居行星在圍繞著類日恒星公轉。這項研究果發表于《天文學雜志》,是由來自國國家航空航天局、搜尋地外文明計劃(SETI)研究所和世界各地其他科學家合作完的。
搜尋宜居行星的思路是,按照地球和太的參數,在銀河系尋找類似的恒星系統,找到那些位于宜居帶上的「宜居行星」。這些潛在的宜居行星至要滿足兩個條件:一是其公轉的恒星和太有相近的溫度和年齡;二是行星距離該恒星距離與地球到太距離相當,即在宜居帶上。
在宜居帶上并不代表該行星宜居,但存在宜居的可能。來說,宜居帶就是圍繞恒星軌道的帶狀區域,這個區域的行星,其大氣強和獲得的熱量能夠支撐態水存在,因此被稱為宜居帶。
位于宜居帶是宜居的必要不充分條件。但這確實是一個尋找適合人類生存的第二家園的方法。
開普勒計劃的使命
這次科學家的最新研究果,是基于開普勒太空遠鏡在 2009 年 ~2018 年之間收集的系外行星數據得出的。
開普勒遠鏡
開普勒 440b 系外行星與地球相對大小
開普勒太空遠鏡在 2009 年 3 月由 NASA 發升空,它的使命就是搜尋繞其他恒星運轉且與地球大小相似的行星。通過使用度計,在固定視場連續監測 15 萬顆恒星的亮度,這些數據隨后傳輸回地球進行分析。該計劃壽命最初定為 3.5 年,但是由于遠鏡持續出現故障,整個計劃一再延長,直到 2018 年,開普勒遠鏡正式宣布退休。
雖然命途多舛,開普勒遠鏡依然獲得了大量有價值的數據和觀測結果。開普勒計劃在一生中觀測到了 53 萬多顆恒星,并發現了 2800 顆系外行星。在 2015 年,NASA 公布了開普勒發現的位于宜居帶的 4 顆行星數據。其中,開普勒 438b、開普勒 442b 和開普勒 452b 接近地球大小,可能是巖石。第四個是開普勒 440b,是超級地球。
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半徑是地球的 1.86 倍,其軌道在宜居帶上。
雖然開普勒的使命完結,但后續的數據分析工作還在持續進行。這一次,科學家理了開普勒數據中推斷出來的一些棘手問題,特別是到底在銀河系中有多類日恒星公轉軌道上有宜居行星的問題。在此前,相關研究給出的答案不一,從不足 1% 到超過 100%(一顆恒星周圍存在多個宜居行星)都存在。
導致分析結果懸殊主要有兩個原因:數據不完整,以及開普勒數據集中存在錯誤的檢測結果。這一次,參與數據分析的科學家們首次使用了完整的開普勒系外行星數據集,還是用了蓋亞(Gaia,即歐洲航天局繪制銀河系恒星的任務)提供的恒星數據。這一切都有助于提高最終結果的準確,降低不確定。在此之前,科學家們花了數年時間分析開普勒數據以剔除不確定因素,確保只剩下真正的系外行星。
加州 NASA 艾姆斯研究中心的史夫布萊森負責這項新工作。它的團隊確定了銀河系中類日恒星的形率和可能有巖質行星(半徑是地球的 0.5 倍 ~1.5 倍)繞其公轉的恒星數量,以及巖質行星宜居的可能。
據布萊森和他的團隊預測,平均而言,銀河系中 37%~60% 的類日恒星至有一顆可能宜居的行星繞其公轉。樂觀的話,這一數字可能高達 88%;保守估計,這一數字將降低到銀河系中類日恒星的 7%(即 3 億顆)。研究團隊在這一基礎上預測,距離地球 30 年的范圍,有宜居行星繞其公轉的類日恒星達到 4 顆。
系外行星概念圖
布萊森對此評價說:「開普勒任務最初目標之一就是把這個數字確的計算出來,我們也一直打算這麼做。」言外之意,布萊森等人終于完了開普勒定下的最初目標,雖然距離開普勒遠鏡退休已經過去了 2 年。
行星的宜居和其表面是否存在態水相關。大多數研究通過測量系外行星和朱恒星距離來判斷,距離過近或者過遠都不合適。據布萊森的說法,當觀測一顆特定恒星時,可以通過其亮度判斷它對周圍行星傳遞的熱量,以此判斷是否宜居。布萊森還強調,如果只依靠距離判斷,是不確的。除此之外,他的團隊還會直接測量行星的真實溫度。
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盡管布萊森團隊表示這項研究的不確定比此前要小,但依然很大。這主要是以為系外巖質行星的樣本太小了。開普勒確定了 2800 多顆系外行星,其中只有一部分圍繞類日恒星公轉,用這個數字推斷銀河系中其他數億顆這樣的行星度不理想。
但這只是第一步。開普勒計劃的全部意義在于,讓科學家弄清楚應該把更多的資源投到什麼星的研究中,才能找到地外生命。因為資金、設備和觀測時間都是有限的。

