藝術(shù)概念圖，展現(xiàn)了一顆與地球類似的行星。
據(jù)美國國家地理網(wǎng)站報道，美國科學家進行的一項新研究發(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，但我們沒有必要馬上對這些世界進行“殖民”，因為這一數(shù)量實際上遠遠低于很多科學家的預計，我們很難在銀河系尋找到“第二地球”。
數(shù)量相對稀少
這一估計立基于美國宇航局開普勒太空望遠鏡的觀測數(shù)據(jù)，在設(shè)計上，開普勒望遠鏡用于搜尋在恒星前方穿過的行星。根據(jù)這架望遠鏡的觀測數(shù)據(jù)，研究論文作者認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實驗室的科學家、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，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500億個左右，如果每一個都擁有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——同樣來自噴氣推進實驗室的邁克爾·肖指出，這一數(shù)字似乎非常巨大，但他們的研究結(jié)果顯示類地行星實際上“相對稀少”。如果事實果真如此，這也就意味著科學家應(yīng)該為未來研究類地行星化學信號的任務(wù)鎖定適當?shù)暮阈悄繕?。通過研究化學信號，科學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，開普勒望遠鏡便開始觀測天鵝座附近的太空區(qū)域，對這一區(qū)域內(nèi)的15.6萬顆恒星發(fā)出的光線進行觀測。借助于所攜帶的儀器，這架望遠鏡可以確定恒星的亮度是否周期性變暗。發(fā)生這一現(xiàn)象說明存在繞恒星軌道運行的天體。截至2011年2月，開普勒望遠鏡已經(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)域可以被當成一個代表性樣本，根據(jù)這個樣本推測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)“開普勒”獲取的兩種信息判定類地行星，一個是行星的體積，另一個是行星與所繞恒星之間的距離。
卡坦扎利特說：“1993年一項著名的研究計算了所謂的適居區(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。最近有科學家指出這些界限有些保守，距離也許可以再近或者再遠一點。由于溫室氣體的存在，行星即使距離再遠一點，仍是一個較為溫暖的世界，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，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：“如果行星與所繞恒星間的距離低于地日距離，你就會被烤焦，水則變成蒸汽；如果過遠，水則凍成冰。”
接下來，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。卡坦扎利特說：“人們普遍認為體積最小的適居行星體積應(yīng)為0.8個地球半徑，或者說質(zhì)量大約相當于地球的一半。原因在于：如果質(zhì)量過低，行星無法保持氧氣的存在。達到2個地球半徑的便已是最大的類地行星。如果質(zhì)量過大，行星便開始聚集氫氣，就像海王星或者天王星一樣，與此同時，大氣壓也讓人無法呼吸。”
通過數(shù)學模型，卡坦扎利特和邁克爾根據(jù)體積和半長軸對“開普勒”發(fā)現(xiàn)的行星和行星候選者進行制圖。行星的半長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)學模型同樣將這樣一個事實考慮在內(nèi)，開普勒望遠鏡只能觀測到以我們能夠觀察到它們在恒星前方穿過的方式排列的行星?？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)，評估這些無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。如果擴大適居區(qū)的邊界，則有2.7%的類日恒星擁有類地行星?；谶@些數(shù)據(jù)，研究論文作者得出結(jié)論，開普勒將最終在所觀測區(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”還為時尚早。麻省理工學院行星科學家、開普勒項目成員薩拉·肖格指出：“這項研究完全低估了類地行星的可能數(shù)量。”計算銀河系類地行星數(shù)量不得不立基于大量假設(shè)，“開普勒”的任務(wù)剛剛開始，所獲得的觀測數(shù)據(jù)并不完整。她說：“如果對美國進行人口普查，你應(yīng)該去加利福尼亞州，敲開每一扇門，這樣才能推斷出其他地區(qū)的人口數(shù)量。這也是開普勒望遠鏡正在做的工作。”
此項新研究僅僅建立在對外公布的“開普勒”最初4個月的觀測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，這就如同在加州進行人口普查時只統(tǒng)計兒童人數(shù)，而后推斷整個美國的人口數(shù)量。開普勒望遠鏡至少要進行3年半的行星凌日數(shù)據(jù)收集工作，允許科學家在以后進行更為完整的行星普查。肖格說：“如果開普勒望遠鏡能夠在未來幾年找到這個問題的答案，我更愿意等待，而不是進行推斷。”
類地行星數(shù)量可能低估
另一個不得不考慮的問題是，根據(jù)開普勒望遠鏡獲取的數(shù)據(jù)，我們無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：“地球和金星的體積和質(zhì)量相當，并且都處于太陽系的適居區(qū)，但金星并不是一顆適于居住的星球。在我看來，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。在進行大氣研究前，我們無法得出準確的結(jié)論。開普勒望遠鏡只發(fā)現(xiàn)了與地球體積相當?shù)男行?，我們永遠不能將其稱之為‘類地行星’。”
卡坦扎利特表示早期的研究需要進行一些推測，但推測也能產(chǎn)生積極作用，因為“最合理的估計”能夠幫助天文學家設(shè)計適當?shù)娜蝿?wù)，以在未來確定一顆給定的行星是不是“第二地球”。他說：“一些人認為類地行星數(shù)量可能超出預計。肖格的觀點可能是正確的，我們得出的新估計可能過低，但是否真的如此現(xiàn)在還是一個未知數(shù)。”
一個能夠改變卡坦扎利特所得估計的因素是，開普勒望遠鏡并不能觀測到一些行星的凌日現(xiàn)象。他說：“我們做出這樣的假設(shè)，即在對15.6萬顆恒星進行觀測時，開普勒望遠鏡能夠觀測到所有擁有類地行星半徑和軌道距離的較小行星。如果開普勒望遠鏡無法做到這一點，我們便低估了類地行星的數(shù)量。在開普勒任務(wù)結(jié)束后，我們將采用同樣的方式對所有開普勒數(shù)據(jù)進行研究，以得出一個更為準確的數(shù)字。”
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