天文學(xué)家認(rèn)為，星系中最有可能發(fā)現(xiàn)生命的地方是超級(jí)地球，比如圖中由藝術(shù)家渲染的開(kāi)普勒-69c。

圖源：NASA Ames/JPL-CalTech

現(xiàn)如今，天文學(xué)家們經(jīng)常能夠發(fā)現(xiàn)那些圍繞著太陽(yáng)系外恒星運(yùn)動(dòng)的行星——它們被稱(chēng)為系外行星。但在2022年夏天，NASA凌星系外行星巡天衛(wèi)星（TESS）的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一些處在其母恒星宜居帶內(nèi)運(yùn)行的有趣行星。

其中一顆行星比地球大30%，并且公轉(zhuǎn)周期不到三天。另一個(gè)比地球大70%，可能擁有深海。這兩顆系外行星都是超級(jí)地球——比地球更大，但比像天王星和海王星這樣的冰巨星要小。

我是一名天文學(xué)教授，負(fù)責(zé)研究星系核、遙遠(yuǎn)的星系、天體生物學(xué)和系外行星。我密切關(guān)注著尋找可能擁有生命的行星。

到目前為止，地球仍然是科學(xué)家們所知的宇宙中唯一存在生命的地方。將尋找生命的重心集中在地球的克隆體——那些屬性接近地球的行星，似乎是合乎邏輯的。但研究表明，天文學(xué)家們很可能會(huì)在那些最近發(fā)現(xiàn)的超級(jí)地球上發(fā)現(xiàn)潛在的生命。

超級(jí)地球是指任何比地球大、比海王星小的巖質(zhì)行星。

圖源： Aldaron，CC BY-SA

大多數(shù)超級(jí)地球圍繞質(zhì)量較低且壽命比太陽(yáng)長(zhǎng)得多的冷矮星運(yùn)行。冷矮星的數(shù)量大概是像太陽(yáng)這樣的恒星數(shù)量的幾百倍，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)40%的已知的冷矮星周?chē)加谐?jí)地球的存在。利用這個(gè)數(shù)字，科學(xué)家們估計(jì)僅在銀河系中就有數(shù)百億顆位于宜居帶的超級(jí)地球，其中可能存在液態(tài)水。

根據(jù)目前的預(yù)測(cè)，大約三分之一的系外行星是超級(jí)地球，這使它們成為銀河系中最常見(jiàn)的系外行星類(lèi)型。最近的一個(gè)距離地球只有6光年。甚至可以說(shuō)我們的太陽(yáng)系很不尋常，因?yàn)樗鼪](méi)有一顆質(zhì)量介于地球和海王星之間的行星。

由于大多數(shù)系外行星的公轉(zhuǎn)減弱了母恒星發(fā)出的光線（凌日），使得它們被發(fā)現(xiàn)，所以更大的行星更容易被發(fā)現(xiàn)。

圖源：Nikola Smolenski, CC BY-SA

超級(jí)地球是尋找生命的理想目標(biāo)的另一個(gè)原因是，它們相較于同地球一般大小的行星更容易被探測(cè)和研究。天文學(xué)家使用兩種方法來(lái)探測(cè)系外行星。一個(gè)是尋找行星對(duì)其母星的引力效應(yīng)，另一個(gè)是尋找當(dāng)行星從它前面經(jīng)過(guò)時(shí)恒星光的短暫變暗。對(duì)于更大的行星，這兩種探測(cè)方法都更容易。

300多年前，德國(guó)哲學(xué)家戈特弗里德·威廉·萊布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz）認(rèn)為地球是“最好的可能世界”。萊布尼茨的論點(diǎn)旨在解決邪惡為何存在的問(wèn)題，但現(xiàn)代天體生物學(xué)家也探索了一個(gè)類(lèi)似的問(wèn)題，即是什么讓一顆行星適合生命的生存。事實(shí)證明，地球并不是所有可能世界中最好的世界。

由于地球的板塊運(yùn)動(dòng)和太陽(yáng)亮度的變化，隨著時(shí)間的推移，氣候有時(shí)是使海洋沸騰的高溫，有時(shí)又變?yōu)槿蚍秶谋鶅龊?。地球在?5億年歷史的大部分時(shí)間里，一直不適合人類(lèi)和其他大型生物居住。模擬結(jié)果表明，地球的長(zhǎng)期可居住性并非是必然結(jié)果，而是一個(gè)偶然。人類(lèi)能活下來(lái)真的很幸運(yùn)。

研究人員列出了一個(gè)評(píng)判行星是否有利于生命生存的屬性表。更大的行星更有可能具有地質(zhì)活躍性，科學(xué)家認(rèn)為這一特征會(huì)促進(jìn)生物進(jìn)化。因此，最適合居住的行星的質(zhì)量大約是地球的兩倍，體積比地球大20%到30%。它還要擁有足夠淺的海洋，可以讓光線促進(jìn)到海底生命的孕育，平均溫度為25攝氏度。它的大氣層會(huì)比地球厚，可以起到保護(hù)生命的作用。最后，這樣的行星將繞著比太陽(yáng)年長(zhǎng)的恒星運(yùn)行，使得生命有足夠長(zhǎng)的時(shí)間演化，并且具有強(qiáng)大的磁場(chǎng)，可以防止宇宙輻射?？茖W(xué)家們認(rèn)為，這些屬性結(jié)合起來(lái)將使行星超級(jí)適合居住。

根據(jù)定義，超級(jí)地球具有超級(jí)宜居星球的許多屬性。迄今為止，天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了24顆超級(jí)地球，即使不是所有可能世界中最好的，理論上也比地球更適合居住。

最近令人興奮的是，宜居行星的清單有了補(bǔ)充。天文學(xué)家已經(jīng)開(kāi)始發(fā)現(xiàn)從它們的恒星系統(tǒng)中拋射出的系外行星，并且可能有數(shù)十億顆在銀河系中漫游。如果一個(gè)超級(jí)地球從它的恒星系統(tǒng)中拋射出，并且擁有稠密的大氣層和覆蓋水的表面，它可以維持?jǐn)?shù)百億年的生命，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)地球上的生命在太陽(yáng)死亡之前的壽命。

新發(fā)現(xiàn)的超級(jí)地球之一，TOI-1452b，可能被深海覆蓋，可能有利于生命生存。

圖源：Benoit Gougeon, Université de Montréal, CC BY-ND

為了探測(cè)遙遠(yuǎn)系外行星上的生命，天文學(xué)家將尋找在行星大氣中可探測(cè)到的生物特征，即生物活動(dòng)的副產(chǎn)品。

NASA的詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡是在天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)系外行星之前設(shè)計(jì)的，因此該望遠(yuǎn)鏡并未針對(duì)系外行星研究進(jìn)行優(yōu)化。但它能夠做一些這樣的科學(xué)貢獻(xiàn)，并計(jì)劃在其運(yùn)行的第一年瞄準(zhǔn)兩個(gè)可能適合居住的超級(jí)地球。過(guò)去幾年發(fā)現(xiàn)的另一組具有巨大海洋的超級(jí)地球，以及今年夏天新近發(fā)現(xiàn)的行星，也是詹姆斯·韋布的有力目標(biāo)。

但在系外行星大氣層中尋找生命跡象的最佳機(jī)會(huì)將來(lái)自下一代巨型地面望遠(yuǎn)鏡：39米特大望遠(yuǎn)鏡（ELT）、30米望遠(yuǎn)鏡（TMT）和25.4米巨型麥哲倫望遠(yuǎn)鏡（GMT）。這些望遠(yuǎn)鏡都在建造中，并將在幾年后開(kāi)始收集數(shù)據(jù)。

天文學(xué)家已經(jīng)熟知生命的組成成分，但“可居住”并不意味著“有生命居住”。在研究人員在其他地方找到生命的證據(jù)之前，地球上的生命有可能是一次獨(dú)特的意外。雖然宜居世界沒(méi)有生命跡象的原因有很多，但如果在未來(lái)的幾年里，天文學(xué)家觀測(cè)這些超級(jí)宜居的超級(jí)地球卻一無(wú)所獲，人類(lèi)可能會(huì)被迫得出結(jié)論，宇宙是一個(gè)孤獨(dú)的地方。