銀河系中存在60億顆類地行星？如果這是真的，這將大大超出我們的認(rèn)知。但是這個(gè)數(shù)字，并不是我們看起來那么簡(jiǎn)單。

銀河系擁有超過4000億顆恒星，即使存在60億顆類地行星，他們也將廣泛分布在銀河系的各個(gè)角落，彼此相距甚遠(yuǎn)。

這個(gè)數(shù)字是由一項(xiàng)最新研究成果提出來的，這項(xiàng)研究的共同作者，是來自不列顛哥倫比亞大學(xué)的米歇爾·庫(kù)伊莫托和杰米·馬修斯。這篇文章公開發(fā)表在《天文期刊》上，標(biāo)題是“檢索全部開普勒二號(hào)數(shù)據(jù)，預(yù)估FGK型恒星的發(fā)生率”。

所謂類地行星，指的是由巖石組成的、與地球大小相近且圍繞著類太陽(yáng)恒星或G型恒星公轉(zhuǎn)的行星。此外，它還必須處于該恒星周圍的宜居帶內(nèi)，與恒星保持合適的距離以保證星球上留得住液態(tài)水。值得注意的是，我們迄今為止所探測(cè)到的系外行星，大多數(shù)都是像海王星大小，且遠(yuǎn)離宜居帶的行星。

[文字說明]藝術(shù)家為不同類型恒星的宜居帶所作的插畫

來源：美國(guó)國(guó)家航空航天局

“通過我的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)每一個(gè)G型恒星所擁有的類地行星上限為0.18顆?！惫餐髡呙仔獱枴?kù)伊莫托在一篇通訊稿上指出，“估算不同恒星周圍各類行星的普遍性，能對(duì)行星的形成和演化理論提供重要約束，也可以為將來探索系外行星提供助益?！?/span>

在之前的研究中，關(guān)于類地行星的發(fā)生概率都表述不一，每一顆類太陽(yáng)恒星周圍存在宜居類地行星的數(shù)量，從0.02到大于1不等。

“我們的銀河系擁有4000億顆恒星，7%屬于G型恒星?！瘪R修斯說，“那就意味著我們的銀河系中僅有不到60億顆恒星可能有類地行星。”

絕大多數(shù)的已知系外行星，都是通過渡越時(shí)間測(cè)量法發(fā)現(xiàn)的。自動(dòng)觀測(cè)站（例如“開普勒”探測(cè)器）會(huì)監(jiān)控行星劃過恒星表面時(shí)恒星亮度的下降變化（來判定行星的存在），但那種方法存在不可避免的偏差。

與較小的行星相比，較大的行星更容易沉浸在星群里?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)了更多的大型氣體行星，而鮮少發(fā)現(xiàn)較小的巖石行星。開普勒望遠(yuǎn)鏡也更有可能發(fā)現(xiàn)軌道周期較短的行星。因此不能僅僅用開普勒的數(shù)據(jù)來推斷整個(gè)銀河系。

2014年2月，開普勒數(shù)據(jù)發(fā)布了715顆確認(rèn)行星的規(guī)模。開普勒的結(jié)果并不能真正反映系外行星的數(shù)量，因?yàn)樗菀装l(fā)現(xiàn)較大的行星。在NASA發(fā)布的論文中，研究人員寫道，“尋找地球大小的行星是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作，因?yàn)樗鼈凅w積小，傳輸信噪比(S/Ns)低。這意味著行星探測(cè)管道發(fā)現(xiàn)它們比發(fā)現(xiàn)較大的行星要困難得多，而且在數(shù)據(jù)中被類似凌日的噪聲所混淆的風(fēng)險(xiǎn)也更高。”

為了克服這種抽樣偏差，Kunimoto使用了一種被稱為“正向建模”的技術(shù)。她解釋說:“我首先模擬開普勒搜索的恒星周圍的系外行星的全部數(shù)量。根據(jù)我的行星搜索算法找到它們的可能性，我把每顆行星標(biāo)記為'探測(cè)到’或'錯(cuò)過’。然后，我將探測(cè)到的行星與我實(shí)際的行星目錄進(jìn)行比較。如果模擬結(jié)果非常接近，那么最初的行星數(shù)量很可能很好地代表了圍繞這些恒星運(yùn)行的行星的實(shí)際數(shù)量。”

Kunimoto等人的研究是基于包含大約20萬顆恒星的開普勒目錄和蓋亞數(shù)據(jù)發(fā)布2的精確的測(cè)量半徑。他們還考慮了探測(cè)效率和數(shù)據(jù)中的傳輸噪聲信號(hào)。最后，如作者所言，“對(duì)于在圍繞G型恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的保守定義的宜居帶（0.99-1.70au）上運(yùn)行的大小為0.75-1.5R？的行星，我們?cè)O(shè)定了每顆恒星0.18顆行星的上限(84.1百分位)”。

該研究中這一圖片顯示了圍繞類日G型星的系外行星出現(xiàn)概率。其中，y軸表示行星半徑，x軸表示軌道周期，每個(gè)方形也都由右邊的圖例進(jìn)行了顏色編碼。圖片來源：Kunimoto 和 Matthews, 2020。數(shù)值的提出僅僅是研究的一部分，這項(xiàng)工作同時(shí)也有一些被人們熟知為“行星半徑間隙”的新發(fā)現(xiàn)。半徑間隙又叫富爾頓空缺，以Benjamin Fulton的名字命名，他是一位天文學(xué)家,也是美國(guó)宇航局系外行星科研所的研究員。富爾頓空缺描述了富爾頓及一組研究員在2017年發(fā)表的論文上概述的一種現(xiàn)象。出于某種原因，對(duì)于一個(gè)軌道周期少于100天的系外行星來說，擁有1.5倍到2倍的地球半徑是十分罕見的。

系外行星半徑間隙。因?yàn)橐恍┰?，很難找到一顆擁有少于100天軌道周期，同時(shí)其半徑在地球半徑的1.5到2倍間的系外行星。數(shù)據(jù)來自《THE CALIFORNIA-KEPLER SURVEY》（加利福尼亞開普勒調(diào)查），III，《A GAP IN THE RADIUS DISTRIBUTION OF SMALL PLANETS》。圖片來源：Fulton 等人，2017.One explanation for this radius gap is photoevaporation。（用光致蒸發(fā)解釋半徑間隙）。附近的行星到恒星距離過近，由于恒星的高能輻射，它們失去了自身的大氣。而恒星在大約一億年后會(huì)逐漸變小，因此在恒星高能輻射消失前，有著較厚氫/氦包層的較大行星或許可以留存部分自身包層。即使是小部分原氫/氦大氣，也足以使行星擴(kuò)大自身半徑。他們發(fā)現(xiàn)半徑間隙實(shí)際上發(fā)生在相比之前研究顯示的較小的軌道周期范圍內(nèi)。研究小組的結(jié)果可以“為解釋半徑差距特征的行星演化模型提供約束條件”

   標(biāo)題中的數(shù)據(jù)來源于Kunimoto和Matthews的論文。這篇文章的背景灰度是富爾頓空缺，而其中的最新數(shù)據(jù)被標(biāo)注成了黑色。本文的圖片來自于Kunimoto和Matthews，這兩張圖都是2020年的。這類工作中的一個(gè)問題與“宜居帶”這個(gè)術(shù)語相關(guān)：因?yàn)楝F(xiàn)在并沒有關(guān)于這個(gè)術(shù)語的確切定義，因此，這就意味著，比較不同團(tuán)隊(duì)的工作會(huì)是困難的。Kunimoto和Matthews兩位作者寫道：“對(duì)于文獻(xiàn)價(jià)值一致性缺失的一個(gè)并不完美的解釋是作者們?nèi)绾味x'HZ型星’。”

   同時(shí)，這類工作的另一個(gè)問題是對(duì)于巖質(zhì)行星的定義。“另一個(gè)復(fù)雜的問題是作者們?nèi)绾味x一個(gè)潛在宜居的巖質(zhì)行星的大小。如果這個(gè)行星太小了，那么它就無法維持住行星上的大氣或者支撐起行星的板塊構(gòu)造?！?/span>

   在這項(xiàng)工作中，兩位作者使用了一個(gè)越來越常見的“宜居帶”定義：0.99～1.70個(gè)天文單位。同時(shí)，他們認(rèn)為，巖質(zhì)行星的最小尺寸是地球半徑的0.75倍，而最大尺寸是地球半徑的1.5倍。而其他的研究人員也遵循同樣的定義。

   這是藝術(shù)家關(guān)于HD 21749c和它的姊妹行星HD 21749b的概念圖：HD 21749c 是第一個(gè)被美國(guó)國(guó)家航天局（NASA）的系外行星凌星巡天衛(wèi)星（TESS）發(fā)現(xiàn)的地球大小的行星，而HD 21749b是一個(gè)溫暖的比海王星小一點(diǎn)的行星。圖片來源：Robin Dienel--卡內(nèi)基科學(xué)研究所。這不會(huì)是關(guān)于類地球行星的系外行星群體的最終研究，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在仍然處于關(guān)于系外行星研究的初步探索期--我們剛剛開始善于發(fā)現(xiàn)系外行星，并確切可靠地描繪它們的大小、類型以及位置。正如Kunimoto在通訊稿里所解釋的，這類研究將會(huì)幫助我們改善我們對(duì)于系外行星群體的理解，同時(shí)改善搜索這類信息的途徑。

   但是，如果銀河系中有60億顆類地球行星，隨著時(shí)間的發(fā)展，我們期待著可以發(fā)現(xiàn)更多的類地球行星。NASA（美國(guó)國(guó)家航天局）的TESS（系外行星凌星巡天衛(wèi)星）和ESA（歐洲空間局）的CHEOP（基奧普斯系外行星表征衛(wèi)星）的使命是開啟行星發(fā)現(xiàn)的新階段。如果存在其他類地球行星，它們是不可能永遠(yuǎn)隱藏起來不被我們發(fā)現(xiàn)的。

作者：EVAN GOUGH

FY：Astronomical volunteer team

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審核：天文志愿文章組-

排版：零度星系

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學(xué)名詞

3.原文來自：https://www.universetoday.com/146583/astronomers-estimate-there-are-6-billion-earth-like-planets-in-the-milky-way/

本文由天文志愿文章組-笙洲，云生結(jié)海銘夕樓，藍(lán)雨，蘋果，予夜翻譯自EVAN GOUGH的作品，如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)于三十日以內(nèi)聯(lián)系運(yùn)營(yíng)者刪除。

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