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據(jù)美國(guó)國(guó)家地理網(wǎng)站報(bào)道，美國(guó)科學(xué)家進(jìn)行的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，銀河系可能至少擁有20億顆類地行星。研究論文作者指出，但我們沒(méi)有必要馬上對(duì)這些世界進(jìn)行“殖民”，因?yàn)檫@一數(shù)量實(shí)際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于很多科學(xué)家的預(yù)計(jì)，我們很難在銀河系尋找到“第二地球”。

數(shù)量相對(duì)稀少

這一估計(jì)立基于美國(guó)宇航局開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)上，開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡用于搜尋在恒星前方穿過(guò)的行星。根據(jù)這架望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究論文作者認(rèn)為銀河系的類日恒星中最多只有2.7%擁有所謂的類地行星。

宇航局位于加利福尼亞州帕薩迪納噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家、研究論文合著者喬·卡坦扎利特表示：“銀河系的類日恒星數(shù)量大約在1000億顆左右，其中只有2%左右擁有類地行星。也就是說(shuō)，銀河系的類地行星數(shù)量在20億顆上下。宇宙中與銀河系類似的星系有500億個(gè)左右，如果每一個(gè)都擁有20億顆類地行星，就太令人不可思議了。”

卡坦扎利特和另一位合著者——同樣來(lái)自噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的邁克爾·肖指出，這一數(shù)字似乎非常巨大，但他們的研究結(jié)果顯示類地行星實(shí)際上“相對(duì)稀少”。如果事實(shí)果真如此，這也就意味著科學(xué)家應(yīng)該為未來(lái)研究類地行星化學(xué)信號(hào)的任務(wù)鎖定適當(dāng)?shù)暮阈悄繕?biāo)。通過(guò)研究化學(xué)信號(hào)，科學(xué)家能夠確定行星是否擁有氧氣、液態(tài)水或者生命跡象。

如何確定適居行星？

自2009年以來(lái)，開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡便開(kāi)始觀測(cè)天鵝座附近的太空區(qū)域，對(duì)這一區(qū)域內(nèi)的15.6萬(wàn)顆恒星發(fā)出的光線進(jìn)行觀測(cè)。借助于所攜帶的儀器，這架望遠(yuǎn)鏡可以確定恒星的亮度是否周期性變暗。發(fā)生這一現(xiàn)象說(shuō)明存在繞恒星軌道運(yùn)行的天體。截至2月，開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了15顆新行星以及1235顆“行星候選者”，其中包括迄今為止在太陽(yáng)系外發(fā)現(xiàn)的體積最小的行星。

天鵝座附近區(qū)域可以被當(dāng)成一個(gè)代表性樣本，根據(jù)這個(gè)樣本推測(cè)銀河系的類地行星數(shù)量。為了推斷可能的“第二地球”數(shù)量，卡坦扎利特和邁克爾首先根據(jù)“開(kāi)普勒”獲取的兩種信息判定類地行星，一個(gè)是行星的體積，另一個(gè)是行星與所繞恒星之間的距離。

卡坦扎利特說(shuō)：“1993年一項(xiàng)著名的研究計(jì)算了所謂的適居區(qū)的類內(nèi)類間距離。這一區(qū)域既不太熱，也不太冷，允許行星表面存在液態(tài)水。最近有科學(xué)家指出這些界限有些保守，距離也許可以再近或者再遠(yuǎn)一點(diǎn)。由于溫室氣體的存在，行星即使距離再遠(yuǎn)一點(diǎn)，仍是一個(gè)較為溫暖的世界，由于云層存在——此前的模型并未將其考慮在內(nèi)——即使再近一點(diǎn)，表面仍可保持涼爽。”擁有一條類似地球的軌道似乎最為理想。他說(shuō)：“如果行星與所繞恒星間的距離低于地日距離，你就會(huì)被烤焦，水則變成蒸汽；如果過(guò)遠(yuǎn)，水則凍成冰。”

接下來(lái)，卡坦扎利特和邁克爾將目光轉(zhuǎn)向行星的體積，并以地球半徑(行星中心與表面之間的距離)作為參照�？ㄌ乖�利特說(shuō)：“人們普遍認(rèn)為體積最小的適居行星體積應(yīng)為0.8個(gè)地球半徑，或者說(shuō)質(zhì)量大約相當(dāng)于地球的一半。原因在于：如果質(zhì)量過(guò)低，行星無(wú)法保持氧氣的存在。達(dá)到2個(gè)地球半徑的便已是最大的類地行星。如果質(zhì)量過(guò)大，行星便開(kāi)始聚集氫氣，就像海王星或者天王星一樣，與此同時(shí)，大氣壓也讓人無(wú)法呼吸。”

通過(guò)數(shù)學(xué)模型，卡坦扎利特和邁克爾根據(jù)體積和半長(zhǎng)軸對(duì)“開(kāi)普勒”發(fā)現(xiàn)的行星和行星候選者進(jìn)行制圖。行星的半長(zhǎng)軸是指行星與所繞恒星間的平均距離，能夠揭示出行星是否處在適居區(qū)。數(shù)學(xué)模型同樣將這樣一個(gè)事實(shí)考慮在內(nèi)，開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡只能觀測(cè)到以我們能夠觀察到它們?cè)诤阈乔胺酱┻^(guò)的方式排列的行星�？赡艽嬖谖覀兾茨苡^察到的其他行星，原因就在于它們的軌道傾斜。為此，研究小組利用此前的系外行星數(shù)據(jù)，評(píng)估這些無(wú)法觀察到的行星存在的可能性。

研究結(jié)果顯示，根據(jù)傳統(tǒng)的適居區(qū)邊界，1.4%的類日恒星擁有類地行星。如果擴(kuò)大適居區(qū)的邊界，則有2.7%的類日恒星擁有類地行星。研究發(fā)現(xiàn)于3月刊登在arXiv.org上，同時(shí)遞交《天體物理學(xué)雜志》�；�于這些數(shù)據(jù)，研究論文作者得出結(jié)論，開(kāi)普勒將最終在所觀測(cè)區(qū)域發(fā)現(xiàn)12顆類地行星。在已發(fā)現(xiàn)的候選天體中可能就有4顆類地行星。

類地行星普查并不完善？

其他行星搜尋者表示，現(xiàn)在就判定存在多少“第二地球”還為時(shí)尚早。麻省理工學(xué)院行星科學(xué)家、開(kāi)普勒項(xiàng)目成員薩拉·肖格指出：“這項(xiàng)研究完全低估了類地行星的可能數(shù)量。”計(jì)算銀河系類地行星數(shù)量不得不立基于大量假設(shè)，“開(kāi)普勒”的任務(wù)剛剛開(kāi)始，所獲得的觀測(cè)數(shù)據(jù)并不完整。她說(shuō)：“如果對(duì)美國(guó)進(jìn)行人口普查，你應(yīng)該去加利福尼亞州，敲開(kāi)每一扇門，這樣才能推斷出其他地區(qū)的人口數(shù)量。這也是開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡正在做的工作。”

此項(xiàng)新研究?jī)H僅建立在對(duì)外公布的“開(kāi)普勒”最初4個(gè)月的觀測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，這就如同在加州進(jìn)行人口普查時(shí)只統(tǒng)計(jì)兒童人數(shù)，而后推斷整個(gè)美國(guó)的人口數(shù)量。開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡至少要進(jìn)行3年半的行星凌日數(shù)據(jù)收集工作，允許科學(xué)家在以后進(jìn)行更為完整的行星普查。肖格說(shuō)：“如果開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡能夠在未來(lái)幾年找到這個(gè)問(wèn)題的答案，我更愿意等待，而不是進(jìn)行推斷。”

類地行星數(shù)量可能低估

另一個(gè)不得不考慮的問(wèn)題是，根據(jù)開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡獲取的數(shù)據(jù)，我們無(wú)法判斷一顆給定行星是否就是類地行星。單從體積判斷，不足以確定適居性。肖格說(shuō)：“地球和金星的體積和質(zhì)量相當(dāng)，并且都處于太陽(yáng)系的適居區(qū)，但金星并不是一顆適于居住的星球。在我看來(lái)，類地行星必須擁有與地球類似的質(zhì)量、體積和軌道并且表面有液態(tài)水存在。在進(jìn)行大氣研究前，我們無(wú)法得出準(zhǔn)確的結(jié)論。開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡只發(fā)現(xiàn)了與地球體積相當(dāng)?shù)男行牵�我們永遠(yuǎn)不能將其稱之為‘類地行星’。”

卡坦扎利特表示早期的研究需要進(jìn)行一些推測(cè)，但推測(cè)也能產(chǎn)生積極作用，因?yàn)?ldquo;最合理的估計(jì)”能夠幫助天文學(xué)家設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)娜蝿?wù)，以在未來(lái)確定一顆給定的行星是不是“第二地球”。他說(shuō)：“一些人認(rèn)為類地行星數(shù)量可能超出預(yù)計(jì)。肖格的觀點(diǎn)可能是正確的，我們得出的新估計(jì)可能過(guò)低，但是否真的如此現(xiàn)在還是一個(gè)未知數(shù)。”

一個(gè)能夠改變卡坦扎利特所得估計(jì)的因素是，開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡并不能觀測(cè)到一些行星的凌日現(xiàn)象。他說(shuō)：“我們做出這樣的假設(shè)，即在對(duì)15.6萬(wàn)顆恒星進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡能夠觀測(cè)到所有擁有類地行星半徑和軌道距離的較小行星。如果開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡無(wú)法做到這一點(diǎn)，我們便低估了類地行星的數(shù)量。在開(kāi)普勒任務(wù)結(jié)束后，我們將采用同樣的方式對(duì)所有開(kāi)普勒數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，以得出一個(gè)更為準(zhǔn)確的數(shù)字。”