仅在我们的星系中就可能有多达100亿个类地行星

宾夕法尼亚州立大学的研究人员利用美国宇航局开普勒望远镜的数据估计了银河系中类地行星的数量,他们得出了一个结论:我们的星系可能到处都是像地球这样温暖、多水的行星。

他们的研究结果发表在本周的《天文学杂志》上,表明每四颗类日恒星中就有一颗绕着类地行星运行。总的来说,这意味着在我们的银河系中可能有多达100亿个类地行星。

这一估计是寻找外星生命的重要一步,因为其他行星上的任何潜在生命都极有可能在一个类似地球的星球上发现,那里的温度足以容纳液态水。

因此,更好地了解银河系中类地行星的潜在数量,可以为广域红外探测望远镜(Wide-Field Infrared Survey Telescope)等项目提供信息。广域红外探测望远镜将于本世纪20年代中期发射到太空,在遥远的行星上寻找氧气和水蒸气的迹象。

“如果我们知道何时何地去看,我们的投资就会获得更多的回报,”天体物理学教授、这项新研究的合著者埃里克·福特(Eric Ford)告诉《商业内幕》(Business Insider)。

福特的团队将类地行星定义为地球大小的四分之三到1.5倍,每237到500天绕其恒星一周。

这大概在这颗恒星的宜居带之内——正如福特在一份新闻稿中描述的那样,这是“行星表面能够支持液态水的轨道距离范围”。

他说:“对于那些试图为下一个主要的太空天文台设计一个好的方案的天文学家来说,这条信息是规划过程中不可或缺的一部分。”

像地球这样的行星有50亿到100亿颗

研究人员的估计是基于美国宇航局开普勒太空望远镜的数据。该望远镜于2009年发射,使用了所谓的凌日法来寻找太阳系外的世界。它观察了超过53万颗恒星,寻找恒星亮度的微小变化,而这种变化可能是由一颗行星从其前方经过造成的——换句话说,就是凌日。

这项工作改变了我们对银河系的理解。开普勒发现了2600多颗系外行星,揭示了银河系中行星比恒星还多,并让研究人员对行星类型的多样性有了新的认识。

该望远镜还让科学家首次证实,许多系外行星与地球相似。

这架望远镜在燃料耗尽后于去年退役,但它将寻找行星的火炬传递给了2018年4月发射的凌日系外行星勘测卫星(Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS)。

总的来说,开普勒的结果表明,夜空中20%到50%的可见恒星在它们的宜居带中都有类地行星。

但是福特的团队并不想仅仅根据开普勒发现的系外行星来估算银河系中类地行星的数量,因为凌日法只擅长探测离恒星较近的大行星(因为它们遮挡了更多的光)。

然而,在寻找离恒星较远的小行星方面,这并不是什么了不起的事情。此外,开普勒的方法偏向于体积约为太阳三分之一的小而暗的恒星。

因此,为了估计开普勒可能漏掉了多少颗行星,研究人员结合开普勒的行星目录和欧洲航天局(European Space Agency)的盖亚(Gaia)航天器对银河系恒星的调查,创建了假想的恒星和行星宇宙的计算机模拟。

然后,研究人员的程序就像开普勒一样“观察”了这些恒星。

这个模拟让科学家们了解到,开普勒望远镜在每个假设的宇宙中能够探测到多少颗系外行星,以及它们属于哪一类。

然后,他们可以将这些数据与开普勒望远镜在我们的宇宙中探测到的数据进行比较,以估计类太阳恒星的宜居带中地球大小的行星的数量。

福特说:“在你认为‘类日’的恒星范围、‘宜居带’的轨道距离范围、‘类地’的行星大小范围等问题上,都存在很大的不确定性。”

“考虑到这些不确定性,50亿和100亿都是合理的估计。”

改进对外星人的搜索

寻找外星生命的下一步是研究可能适合居住的行星,弄清它们是由什么构成的。

福特说:“科学家们对在地球大小的行星的大气层中寻找生物标志物特别感兴趣。

即使一颗行星处于恒星的宜居带,它仍然需要一个坚实的大气层来吸收足够的热量来维持其表面的液态水。科学家可以通过测量一颗系外行星通过时的光线表现来计算其大气层的组成。

这就是福特的研究发挥作用的地方:如果类地行星足够多,那么附近可能有足够多的类地行星供美国宇航局的科学家使用更小、更便宜的望远镜进行研究。然而,如果所有的地球-y行星都在遥远的地方,美国宇航局将需要依靠更远的望远镜。

研究人员建议,未来的太空任务应该计划一系列可能发生的类地行星——每33颗类日恒星中就有一颗,每两颗类日恒星中就有一颗。

福特说:“这里的一个重要问题不只是给出一个数字,而是要了解各种可能性。”“这样,那些不得不做出决定的人就可以抱最好的希望,做最坏的打算,同时仍然能够提出可靠的科学策略。”