北京時間2015年7月24日子夜，美國國家航空航天局(NASA)宣布克卜勒(Kepler)空間望遠鏡在搜尋「另一個地球」的道路上取得了又一個裡程碑式的發現——在一顆光譜型與太陽相同(G2V)的主序星周圍的「可居住帶」裡發現了一顆直徑是地球1.6倍的行星，被命名為Kepler-452b。雖然它不是人類發現的第一顆「可居住」行星，但其主星與我們的太陽相似度極高。考慮到行星的直徑以及到主星的距離，Kepler-452b可以說是目前最有希望獲得「另一個地球」稱號的系外行星。
搜尋太陽系以外的行星甚至地外生命是人類久遠的夢想，是探索宇宙的「終極目標」之一。由於行星的尺度與恆星相差幾個數量級，系外行星觀測猶如在一盞明亮的探照燈周圍尋找一隻黯淡的螢火蟲。
人類第一次有確切證據發現系外行星是1992年；1995年瑞士日內瓦天文臺在一顆主序星周圍首次發現行星，標誌著系外行星研究進入了全新的時代。
2009年，NASA發射了專門用於搜尋系外行星的克卜勒空間望遠鏡，以前所未有的精度對10萬多顆恆星進行近乎不間斷地監測，用「凌星」方法篩選出其中帶有行星的恆星候選體，以進行更深入的分析。
克卜勒望遠鏡自升空以來不斷做出重要發現，刷新著人們對行星多樣性的認識。2015年以前，已知的「可居住帶」行星大多是在M矮星周圍發現的，然而人們更感興趣的是在類太陽星周圍存在的地球「孿生兄弟」。
Kepler-452b的凌星信號最初是在2014年5月的一次軟體測試中發現的。程序發現， 這顆恆星的光變曲線存在一個周期為384.8天、深度為200ppm、持續時間為10.5小時的「疑似」凌星信號，對應一顆直徑只有地球1.1倍、表面平衡溫度為221K的行星，接近液態水存在的溫度範圍。
在望遠鏡4年的觀測裡，信號總共出現了4次，先前版本的軟體把這個信號當作儀器誤差引起的「假陽性」事件而排除了，直到新版軟體對直徑比較小的行星做了進一步優化，這個信號才被挑選出來，其置信水平達到了9.7σ。於是這顆恆星與許多其他被發現帶有「疑似」凌星信號的候選天體一道被賦予KOI編號KOI-7016，意為感興趣的天體，並進入了下一輪更為嚴格的甄別和篩選。
接下來克卜勒團隊進一步確認了Kepler-452是一顆非常類似太陽的恆星，並據此得到了行星的更準確參數:半徑是地球的1.63倍，軌道半長徑僅比地球到太陽的平均距離大4.6%，接收到的來自主星的輻射比地球強約10%，其質量推測為地球的5倍左右, 可能是一顆「超級地球」。按照樂觀的估計，Kepler-452b是一顆位於「可居住帶」裡的行星，也是目前為止第一顆在和太陽類似的恆星周圍發現的「可居住」行星，因此NASA稱Kepler-452b是地球的「表兄弟」。
值得注意的是，Kepler-452是一顆比太陽稍老的恆星，其年齡很可能已經到達了60億年，而它的行星預計已經在「可居住帶」中停留了大約50億年。如果這是一顆巖石行星（克卜勒團隊計算出了Kepler-452b屬於巖石行星的可能性大約為50%），那麼已經經歷了足夠長的時間使得生命得以產生和充分進化。
像太陽和Kepler-452這樣的恆星通過核心的氫聚變提供能量，能在主序階段穩定燃燒100億年左右。當核心燃料消耗殆盡，恆星半徑會開始膨脹，表面溫度降低，繼而脫離主序成為一顆亞巨星甚至紅巨星。此時恆星輻射出的能量會比溫和的主序星階段大大增加，「可居住帶」的範圍也必然隨著時間而向外推移——屆時地球和Kepler-452b的命運又將如何? 這是一個非常引人關注的問題。
如果Kepler-452系統中不存在其他行星對它施加額外的引力作用，那麼預計在35億年後Kepler-452b就會因為溫度升高而變得不再適宜居住。哪怕它是一顆巖石行星，且表面存在液態水，這些水也會由於高溫而蒸發到大氣中，而後被恆星的輻射光解為氫原子和氧原子。接著，氫原子會由於較輕而逃逸到太空中，多餘的氧元素會與碳元素結合形成二氧化碳，反進一步加速原本已經很嚴重的溫室效應，行星表面會變得更加乾涸……如此下去，行星表面會變成一個炙熱而嚴酷的世界，類似於我們今天所看到的金星。
同樣的事情將會發生在地球上，屆時人類向地球外側的行星——火星進行移民或許是最方便的選擇。雖然人類社會目前面臨許多更為迫切的問題，但無論如何，Kepler-452b的發現也大大拓寬了人們的視野。
隨著過去20年系外行星領域的飛速發展，已經有2000多顆的系外行星得到證認，以及數千顆候選體等待進一步觀測。已知的系外行星系統表現出了令人矚目的多樣性，反映出行星在形成、演化過程中受到了多種複雜物理機制的影響。
人們逐漸認識到，雖然太陽看上去是銀河系中一顆普通的恆星，但太陽系卻和許多已知的行星系統不同，例如除最內側的水星外，所有大行星處於近乎相同的軌道平面上，且偏心率接近於0，暗示太陽系自形成之初未受到過外來天體的劇烈擾動，而木星憑藉引力保護了地球等內行星免遭彗星的頻繁撞擊。所謂的「稀有地球假說」認為生命在地球上出現是一系列罕見和偶然的條件結合的產物。研究系外行星，特別是尋找類似太陽系、地球這樣的行星系統，為人類提供了一個前所未有的視角認識宇宙和生命現象，激發更多關於自身命運與地球環境的思考。
本文摘編自《科學通報》2015年第25期觀點欄目「NASA發現地球的『表兄弟』——Kepler-452b」一文，作者王靚、吳曉姝、趙剛，點擊左下角可閱讀原文↙
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