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有95%的概率，20光年內(nèi)存在另一顆“地球”，我們可能不孤單

2021.03.22

地外生物，聽起來是一個既陌生又熟悉的概念。我們經(jīng)常思考他們到底在哪里，卻又從來沒有真正見過。

（圖片說明：開普勒太空望遠(yuǎn)鏡）

迄今為止，科學(xué)家已經(jīng)在宇宙中尋找到了四千多顆系外行星，另外還有五千多顆等待確認(rèn)。更多的研究表明，行星在銀河系應(yīng)該非常普遍，大部分恒星都極有可能擁有自己的行星?？紤]到銀河系有1000億-4000億顆恒星，即使地球這樣宜居環(huán)境出現(xiàn)的概率再多，銀河系中宜居的行星應(yīng)該也不在少數(shù)。

對于目前的我們來說，想要確認(rèn)這個數(shù)字仍然是不可能的。在人類航天科技達(dá)到如此先進(jìn)的程度之前，我們只能通過已知的一些信息和理論，來對這個數(shù)字進(jìn)行估算。

為了進(jìn)行這項工作，國外一組研究人員利用了美國宇航局的開普勒太空望遠(yuǎn)鏡和歐洲航天局的蓋亞衛(wèi)星兩大項目數(shù)據(jù)作為支持，從而完成了這個估算。

（圖片說明：蓋亞衛(wèi)星）

開普勒太空望遠(yuǎn)鏡在2009年發(fā)射升空，旨在尋找宇宙中的系外行星并進(jìn)行相關(guān)的探測、分析，迄今為止人類發(fā)現(xiàn)的大部分系外行星都是它完成的。2018年，開普勒太空望遠(yuǎn)鏡退役，但它留下的數(shù)據(jù)依然足夠科學(xué)家在相當(dāng)長的時間里分析和發(fā)現(xiàn)。

蓋亞衛(wèi)星是歐洲航天局在2013年發(fā)射升空，它的任務(wù)是對銀河系內(nèi)數(shù)十億顆恒星進(jìn)行觀測，了解它們的基本信息，繪制一幅史無前例的銀河系地圖。通過蓋亞衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，科學(xué)家能夠了解系外行星接收到宿主恒星的光子通量，這個數(shù)據(jù)可以反映出行星的表面溫度。

為什么表面溫度如此重要呢？

（圖片說明：開普勒-186f是銀河系中最著名的超級地球之一）

盡管目前我們知道一顆行星想要孕育生命，可能需要滿足的條件非常多，如大氣層、磁場、甚至是大衛(wèi)星等等，但是得到公認(rèn)并且最重要的因素，仍然是液態(tài)水。

NASA戈達(dá)德太空飛行中心的科學(xué)家Ravi Kopparapu參與了本次研究，他指出：“長期以來，我們都知道一個非常簡單明確的宜居性定義標(biāo)準(zhǔn)，那就是行星和宿主恒星之間的距離，要使它不會過冷或過熱，這就給我們提供了很多的假設(shè)條件。而蓋亞衛(wèi)星的恒星數(shù)據(jù)，給我們審視這些行星及其宿主恒星提供了一個全新的視角。”

實(shí)際上，科學(xué)家們不止一次設(shè)想過這樣的研究，可是進(jìn)展卻相當(dāng)有限。這里面有很多因素：首先就是行星宜居性的影響因素過多，科學(xué)家們需要多方面考慮。

例如：在考慮一顆行星的宜居程度時，我們還要考慮到恒星的亮度和它所發(fā)出的光的種類之間的關(guān)系。宇宙中一些質(zhì)量極大、亮度極高的恒星，通常會發(fā)出藍(lán)色、紫外線、X射線和伽馬射線等波段的輻射，而這些輻射的能量都非常高，對于周圍的行星來說是巨大的威脅，會殺死其表面的生物。

相對應(yīng)的，質(zhì)量比較小、亮度也比較低的恒星，則更多地會在紅色、紅外線或無線電波等微波頻段發(fā)出輻射，這種輻射對于生物來說相對更溫和一些。以我們的太陽為例，它的光譜主要集中在黃色和綠色上。

科學(xué)家面臨的問題，還不僅僅是繁雜的限制因素。更重要的是，目前人類的觀測能力看似很強(qiáng)，但是這些望遠(yuǎn)鏡仍然有很多的不足，許多科學(xué)家們十分想了解的信息它們都無法獲取。因此，相關(guān)的估算工作一直被拖延下來。

因此，即使是本次研究，科學(xué)家們也沒有實(shí)現(xiàn)特別完美的約束，而是化繁為簡，從一些目前看來必要且人類可以觀測的角度作為參考。

首先，研究人員對行星的宿主恒星進(jìn)行了限制：

和太陽同屬于G型恒星，也就是通常所說的黃矮星；
年齡和太陽類似，大約是46億年；
溫度和太陽比較接近，太陽的溫度大約是5700K，這些恒星的變化范圍不超過正負(fù)815℃。

接下來，他們對行星進(jìn)行了約束，其質(zhì)量必須在0.5-1.5地球質(zhì)量之間，這可以保證它是巖石行星，有固體表面供生物生存。

（圖片說明：不同類型恒星周圍的宜居帶范圍）

在這些因素之上，研究人員又衡量了這些行星的光子通量。所謂的通量，指的是某個物理量在單位面積上施加的量，光子通量衡量的就是行星能夠接收到的輻射量，這與它表面溫度有著密切的關(guān)系，決定了水能否以液態(tài)形式存在。

此外，研究人員還考慮到了大氣層對行星接收光照的影響。如果大氣層過濃、云層過厚，會反射掉大量的輻射，就像金星一樣，這也會影響到行星的溫度。在這方面，他們沒有獲得太多確切的數(shù)據(jù)，但是分別從保守和樂觀的角度進(jìn)行的估算，發(fā)現(xiàn)類太陽恒星周圍的巖石行星中大概有50%或75%的可能性擁有液態(tài)海洋。

（圖片說明：擁有液態(tài)海洋的系外行星假想圖）

不僅如此，他們還有更加驚人的估算結(jié)果：，銀河系內(nèi)竟然可以篩選出多達(dá)3億顆可能的宜居行星。進(jìn)一步的估算尤其令人驚訝：在太陽系方圓30光年以內(nèi)的區(qū)域范圍就可能有4顆這樣的宜居行星，其中最近的一顆距離我們甚至不足20光年！

NASA艾姆斯研究中心的研究員Steve Bryson是本次研究的主要作者，他興奮地介紹說：“開普勒望遠(yuǎn)鏡告訴我們：銀河系內(nèi)有數(shù)十億顆行星，而如今我們知道其中相當(dāng)大一部分都是巖石行星，而且適宜生存。雖然這個數(shù)據(jù)離最終我們要的結(jié)果還有很遠(yuǎn)，而且行星表面的液態(tài)水也只是影響生命的眾多因素之一，但在如此高的置信度和精確度下，計算發(fā)現(xiàn)這樣的世界如此普遍，也足夠讓我們興奮不已?！?/span>

愛因斯坦在相對論中指出：宇宙中沒有任何物質(zhì)能夠超過真空中的光速。因此，光速就像是一個牢籠，將人類束縛在了宇宙中的一隅。如果真的在20光年以內(nèi)有一顆像地球一樣宜居的行星，至少當(dāng)我們的航天器具備足夠能力的時候，能夠在我們有生之年完成一次航行。

如果那顆行星上有生命，我們有希望能夠去看看他們到底是什么模樣。就算沒有，至少未來也是人類的另一個殖民地。當(dāng)然，前提是本次研究足夠準(zhǔn)確……

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