大約一半的類太陽恆星存在宜居的巖石行星

2020-11-10 烏傷聊電影

自從天文學家證實了太陽系以外存在行星（稱為系外行星）以來，人類一直想知道可以容納多少生命。現在，我們離找到答案還有一步之遙。根據一項使用NASA退休的行星狩獵任務克卜勒太空望遠鏡的數據進行的最新研究，克卜勒太空望遠鏡的大約一半恆星的溫度與我們的太陽相似，可能有一個能夠在其表面支撐液態水的巖石行星。

根據最新發表在《天文雜誌》上的一項研究結果的最保守解釋，我們的銀河系至少擁有約3億個此類潛在宜居世界。其中一些系外行星甚至可能是我們的星際鄰居，其中至少有四個可能在距太陽30光年的範圍內，而最接近的距離可能是距我們最多20光年的範圍。這些是根據最保守的估計，即7％的類似太陽的恆星擁有這樣的行星而得出的此類行星的最少數量。但是，以50％的平均預期比率，可能還會更多。

這項研究有助於我們了解這些行星具有維持生命的元素的潛力。這是天體生物學，研究宇宙生命起源和未來的重要組成部分。

這項研究是由美國宇航局的科學家與世界各地的合作者共同開展克卜勒飛行任務的。美國宇航局在燃料耗盡後於2018年淘汰了太空望遠鏡。望遠鏡的九年觀測表明，我們銀河系中有數十億顆行星-行星比恆星還要多。

美國加利福尼亞州矽谷的美國宇航局艾姆斯研究中心研究員史蒂夫·布賴森說：「克卜勒已經告訴我們有數十億顆行星，但是現在我們知道其中的很大一部分是巖石且宜居。」 「儘管這個結果遠非最終值，而且行星表面上的水只是維持生命的眾多因素之一，但令人興奮的是，我們以如此高的置信度和精確度計算出這些世界如此普遍。」

為了計算這種發生率，研究小組研究了系外行星，其半徑是地球半徑的0.5到1.5倍，並縮小了最可能是巖石的行星的範圍。他們還關注年齡和溫度與我們的太陽相似的恆星，其正負最大為華氏1,500度。

那是各種各樣的恆星，每個恆星都有其自身的特殊性質，影響其軌道上的巖石行星是否能夠支撐液態水。這些複雜性部分是為什麼很難計算出其中有多少可能居住的行星的原因，特別是當即使我們最強大的望遠鏡也只能勉強探測到這些小行星時。這就是研究團隊採用新方法的原因。

重新思考如何識別可居住性

這一新發現是克卜勒最初使命的重要一步，以了解我們銀河系中存在多少個潛在可居住的世界。先前對此類行星的頻率（也稱為發生率）的估計忽略了恆星溫度與恆星發出並被行星吸收的光的種類之間的關係。

新的分析說明了這些關係，並提供了對給定行星是否可能支持液態水以及潛在生命的更完整的理解。通過將克卜勒的行星信號的最終數據集與來自歐洲航天局蓋亞任務的大量數據中的每顆恆星的能量輸出數據相結合，可以使這種方法成為可能。

該論文的作者，NASA的科學家拉維·科帕帕拉普（Ravi Kopparapu）說：「我們一直都知道，僅僅根據行星與恆星的物理距離來定義可居住性，這樣就不會太熱或太冷，這使我們做出了很多假設。」戈達德太空飛行中心在馬裡蘭州格林貝爾特。「蓋亞關於恆星的數據使我們能夠以全新的方式看待這些行星及其恆星。」

蓋亞（Gaia）根據恆星的通量提供了有關從其恆星落在行星上的能量的信息，或在一定時間內在特定區域內發射的能量的總量的信息。這使研究人員能夠以承認我們銀河系中恆星和太陽系的多樣性的方式進行分析。

「並不是每個星星都一樣，」科帕拉普說。「而且也不是每個星球。」

儘管仍在研究確切效果，但行星的大氣層也需要多少光才能使液態水進入行星表面。使用對大氣影響的保守估計，研究人員估計其發生率約為50％，即大約一半的類太陽恆星具有能夠在其表面上容納液態水的巖石行星。對居住區的另一種樂觀定義估計約為75％。

這一結果建立在長期分析克卜勒數據以獲取發生率的工作的基礎上，並為今後的系外行星觀測奠定了基礎，因為我們現在期望這些多巖石的，潛在可居住的世界變得多麼普遍。未來的研究將繼續改進該速度，告知發現此類行星的可能性，並將其納入未來系外行星研究計劃的計劃，包括未來的望遠鏡。

合著者米歇爾·邦尼本（Michelle Kunimoto）說：「了解不同種類的行星對於即將進行的系外行星搜尋任務的設計極為重要，」她在不列顛哥倫比亞大學完成系外行星發生率博士學位後從事了這篇論文，最近加入了麻薩諸塞州劍橋市麻省理工學院的過境系外行星調查衛星（TESS）小組。「針對類似太陽的恆星周圍可能居住的小型行星的調查，將取決於這些結果，以最大程度地獲得成功的機會。」

在揭露了太陽系外超過2,800個已確認的行星之後，克卜勒太空望遠鏡收集的數據繼續產生有關我們在宇宙中的位置的重要新發現。儘管克卜勒的視野僅覆蓋了天空的0.25％，但如果您將其舉到天空一定距離，您的手就會覆蓋的區域，但它的數據使科學家可以推斷出任務數據對其餘部分的意義銀河系。這項工作將繼續使用NASA當前的行星搜尋望遠鏡TESS。

布賴森說：「對我來說，這一結果證明了我們僅憑一眼瞥見太陽系就能發現多少東西。「我們看到的是，我們的銀河系是一個引人入勝的世界，擁有引人入勝的世界，有些與我們的星系並沒有太大不同。」

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