截至目前,在3085个行星系统中,人类已经确认了4164颗系外行星的存在。而在整个系外行星探索过程中,科学家们认为至少有32个星球都有潜在可居住性的可能,尽管目前尚未确定其中任何一颗是地球的完美复制品。尚且不谈宇宙中具体有多少个星系客观存在,仅仅是在我们最熟悉的银河系之中,倘若按照可居住概念来进行粗略估算:

仅我们自己所在的银河系之中,潜在可能适合生命居住的类地行星数量,就有可能处于8个到200亿个的庞大数字区间。

宇宙中潜在的可居住类地行星有多少?哪个才是地球的完美复制品?-MAAMX

我们会发现,每当一个岩石行星被发现,总是轻易地被贴上类地行星标签。但这样简单粗暴的称呼,往往都只是在短时间内引起大家的关注罢了。

虽然,这些系外行星的确在某个方面跟我们的地球具有一定的相似性。但是,它们的母恒星大多都是更暗、更小且表面温度只有2000K左右的红矮星,而非太阳这样表面温度大约可达到5700K、绝对星等4.8的普通恒星(黄色G2型矮星)。

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行星的宜居性与恒星质量有关,且质量小于地球的系外行星信号很微弱

简单来说,一个类地行星是否具有宜居性,同时还取决于它自身和其母恒星的质量,因为像银河系中普遍存在的那些红矮星,围绕其运行的行星基本就被排除了真正意义上的类地行星;与此同时,倘若一个可能适合生命居住的星球本身质量太小,又会因为距离和探测技术的限制而难以收集到它存在的星体信息。

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行星的质量大小和过境法的搜寻范围密切相关

比如,与我们相距大约3140光年的开普勒-160,我们之前就已经了解到:围绕它运行的开普勒-160b和开普勒-160c没有地外生命存在的可能,原因就是这两颗行星不仅比地球大,还具有令普通生命无法存活的温度环境。但是,在新的观察中,科学家们发现开普勒-160c有轻微晃动的迹象,也就是说这个恒星系统中还有其他行星在拉扯它的运行轨道。

在之前的系外行星探索过程中,科学家们一般采取的是过境法来寻找,也就是通过行星经过恒星前方会遮挡恒星散发出的星光来确定。但是,这种方法有一个最明显的缺陷,那就是相对来说更适用于寻找质量通常不小于地球的行星,因为,当行星的质量较小时,其移动路径很难对恒星的光有明显遮挡,这也是为什么被开普勒发现的系外行星大多数都质量偏大,且往往都是与海王星相似的气体行星,完全不同于我们熟悉的地球。

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K-160&KOI-456.04是太阳&地球的完美复制品吗?

在寻找系外行星的时候,既然过境法存在客观缺陷,研究人员自然要想办法解决这个问题。首先,科学家们将恒星调光变化变成了一个物理模型,他们将其称为“过境最小二乘(TLS)算法”。从实际探测结果来看,优化之后的算法的确弥补了开普勒的选择偏差,并找到了质量相对更小的行星,而它所在的系统就是K-160系统。

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从现有结果来看,K-160系统中不止有2颗质量比地球大的行星存在,而是4颗行星在围绕母恒星运行,只不过其中新发现的这两颗质量较小,所以才没有在之前的探测过程中搜寻到它的信息。原来,导致K-160c轨道出现偏离的神秘物体就是新发现的K-160d,而另外一个行星由于暂时没有过境证据显示,所以暂时命名为KOI-456.04。

其实,倘若与我们生活的地球对比,新发现的KOI-456.04半径还是达到了地球的1.9倍左右。不过,我们对它依然充满了兴趣,因为其378天的轨道运行周期与地球比较相似,再加上它的母恒星又与我们太阳存在较高相似度,这便意味着这个比地球大一号的星球所接受到的太阳能量,应该与地球接收到的日照量不相上下。

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简而言之,不同于以前我们探测到的其他系外恒星系统,有太多位于红矮星周围的行星无法接受到正常的太阳能量;恒星开普勒-160和围绕其运行的行星KOI-456.04,其实与我们的地球和太阳之间的关系存在较大相似性。具体来说:

行星KOI-456.04接受到的恒星能量相当于地球的93%左右,这就意味着只要这个星球上具有温室效应,即便该星球表面的平均温度会比地球低出10℃左右,也不会影响其星球表面维持水的液态形态。

当然,由于KOI-456.04目前还是候选系外行星身份,所以,我们还不能正式将其称为所谓的类地行星。但是,就概率而言,KOI-456.04真实存在的可能大约在85%的样子,但它要正式获取这个身份,则还需要更强大的地基望远镜进行观察和确认。直至其存在概率达到了99%之后,才能将其视为一颗真正意义上的行星。

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从可居住区域到类地行星,它们的概念会不会太宽泛?

相信大家都明白星球的“潜在可居住性”,并不代表生命真的就一定可以居住,这个词的定义相当于是一个概率性定义。对于已知生命而言,星球的宜居条件之一就是大气层浓厚,因为这是岩石行星表面得以维持液态水的基础。

而我们平时说的可居住区域,则主要指的是行星和恒星之间的距离远近,这代表了行星会接收到多少来自太阳的能量。

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众所周知,水是生命之源,对于地球上的所有生命来说,大家都离不开液态水的存在,所以,位于可居住范围之内并不代表就一定适合生命居住。比如,在我们的太阳系中,已知的类地行星就有三颗,但火星大气稀薄,金星温室效应失控,尽管这两个星球的古老时期可能有液态地表水存在,但如今的它们已经完全不不具备宜居性。而这一切都跟它们自身的稳定性不足有关,所以才会在过去的时间里逐渐失去了生命可能存续的基本条件。

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与此同时,由于恒星的质量和类型不同,所以它们自身的稳定性,同样也对周围行星是否宜居有重大影响。

比如,像红矮星这种占据了恒星75%左右的星体类型,即便行星和它们之间的距离较近也不会很热,但由于这类恒星X射线爆发和太阳耀斑都比较常见,所以,那些原本可能比较适合居住的星球也会因此而与生命无缘。

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一开始,当大家看到有消息说新发现一个系外行星是类地行星,又或是超级地球的时候,都会兴冲冲的赶紧去了解情况,但现在,大家似乎已经开始对这些新消息无动于衷了。其实,这还是因为我们对类地行星的定义太宽泛,只要是位于可居住范围之内的不少岩石行星,都被冠上了这个称号,但其中真的跟地球相似的行星,却至今也没有确定一颗。

类地行星的数量从几个到几十个,再到之后可能出现的数百个,我们开始越来越觉得类地球这个词变得不准确,因为它们与地球之间的相似之处还是太少。仅仅是该系外星系是一颗岩石行星,再加上其距离决定接收到的能量,与地球从太阳那里获取的几乎相等,这些条件还远远不能说明它是一颗类似于地球的行星。

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年轻的类地行星更容易被搜寻到,为什么人类急于寻找下一个地球?

从行星的演化历程来看,早期地球在刚形成的时候,由于长期遭受外部撞击便形成了早已不复存在的岩浆海洋,而当时的地球也因为这样的现实情况一再升温,但这样堪称灾难的过程却让地球成为了最初的岩浆行星。

简而言之,原本不适合生命居住的地球,因为碰撞有了岩浆海洋,增加了自身的质量,为它成为宜居星球奠定了基础,而这样的早期地球就是科学家们口中的岩浆海洋行星。

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当我们在进行此类行星探测的时候,高温就是他们最典型的特征,而此类行星的母恒星往往质量都处于普通恒星质量的两倍左右。所以,当它们发出自己的光芒时,便可以通过下一代红外望远镜进行观测。研究人员表示,只有当恒星和行星的关系和类型确定了之后,我们才有可能在这些恒星的周围发现真正意义上的宜居类地行星。

毫无疑问,不管是地球目前的宜居环境,还是星球上现存的万千生命,大家都不是跟星球的形成一起诞生,早期地球同样不适合任何生命繁衍生息。

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不同于大部分天文爱好者对系外行星、地外生命,乃至地外文明的好奇,也会有人说,大家在地球上生活的好好,干嘛没事去寻找什么下一个地球?要知道,我们的地球已经发生过5次生物大灭绝事件,更不用说小冰河期。但我们除了挖掘出了一些动物化石,确定了每次大灭绝涉及到的是哪些生物类型之外,还有很多关于生物灭绝的其他谜团都没有解开。

从地球自身环境变化来说,随着全球气候变暖,地球的宜居性已明显大不如前,不管是高温和干旱这样的极端天气,还是洪水等自然灾害,都更普遍的发生在世界各地。我们可以看到,每年都有物种从地球上消失,冰川面积因为融化变得越来越小,就连人类自身面临的生存考验也大过从前。所以,不管是出于人类与生俱来的探索欲望,还是对地球生命存活和延续的保障,人类寻找下一个地球都是不可或缺的一件事。

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