天文学家现在经常发现围绕太阳系外恒星运行的行星——它们被称为系外行星。但在 2022 年夏天，美国宇航局凌日系外行星调查卫星的研究小组发现了一些特别有趣的行星在其母星的宜居带内运行。
一颗行星比地球大 30% ，并在不到三天的时间内绕其恒星运行。另一个比地球大 70% ，可能拥有深海。这两个系外行星是超级地球——比地球质量大，但比天王星和海王星等冰巨星小。
我是天文学教授，研究星系核心、遥远星系、天体生物学和系外行星。我密切关注寻找可能存在生命的行星。
地球仍然是科学家们所知的宇宙中唯一存在生命的地方。将寻找生命的重点放在地球克隆上似乎是合乎逻辑的——具有接近地球属性的行星。但研究表明，天文学家在另一颗行星上发现生命的最佳机会很可能是在与最近发现的类似的超级地球上。
超级地球是比地球大、比海王星小的任何岩石行星。图片来源：Aldaron，CC BY-SA
常见且易于查找
大多数超级地球围绕质量较低且寿命比太阳长得多的冷矮星运行。像太阳这样的每颗恒星都有数百颗冷矮星，科学家们发现超级地球绕着他们观察过的 40% 的冷矮星运行。使用这个数字，天文学家估计，仅在银河系中就可以存在液态水的宜居区有数百亿个超级地球。由于地球上的所有生命都使用水，因此水被认为对宜居性至关重要。
根据目前的预测，大约三分之一的系外行星是超级地球，使其成为银河系中最常见的系外行星类型。最近的距离地球只有六光年。你甚至可以说我们的太阳系很不寻常，因为它没有一颗质量介于地球和海王星之间的行星。
超级地球是寻找生命的理想目标的另一个原因是，它们比地球大小的行星更容易被发现和研究。天文学家使用两种方法来探测系外行星。一个寻找行星对其母恒星的引力效应，另一个寻找当行星从它前面经过时恒星光的短暂变暗。对于更大的行星，这两种检测方法都更容易。
超级地球超级宜居
300 多年前，德国哲学家戈特弗里德·威廉·莱布尼茨 (Gottfried Wilhelm Leibniz) 认为地球是“所有可能世界中最好的”。莱布尼茨的论点旨在解决邪恶为何存在的问题，但现代天体生物学家通过询问是什么让行星适合生命存在来探索类似的问题。事实证明，地球并不是所有可能世界中最好的。
由于地球的构造活动和太阳亮度的变化，随着时间的推移，气候已经从海洋沸腾的炎热转变为全球范围内的冰冻寒冷。地球在其 45 亿年历史的大部分时间里，一直不适合人类和其他大型生物居住。模拟表明地球的长期可居住性并非不可避免，而是一个偶然的问题。人类真的很幸运能活着。
研究人员提出了一份清单，列出了使行星非常有利于生命的属性。较大的行星更有可能在地质上活跃，科学家认为这一特征会促进生物进化。因此，最适合居住的行星的质量大约是地球的两倍，体积比地球大 20% 到 30%。它还将拥有足够浅的海洋，可以让光线一直刺激到海底的生命，平均温度为 77 华氏度（25 摄氏度）。它的大气层会比地球的大气层厚，可以起到绝缘毯的作用。最后，这样的行星将绕着比太阳更古老的恒星运行，以延长生命的发展时间，并且它具有强大的磁场，可以防止宇宙辐射。科学家们认为，这些属性结合起来将使行星超级适合居住。
根据定义，超级地球具有超级宜居星球的许多属性。迄今为止，天文学家已经发现了两打超级地球系外行星，即使不是所有可能世界中最好的，理论上也比地球更适合居住。
最近，可居住行星的清单有了令人兴奋的补充。天文学家已经开始发现从他们的恒星系统中弹出的系外行星，可能有数十亿颗在银河系中漫游。如果一个超级地球从它的恒星系统中弹出，并且拥有稠密的大气层和水的表面，它可以维持数百亿年的生命，远远超过地球上的生命在太阳死亡之前的持续时间。
探测超级地球上的生命
为了探测遥远系外行星上的生命，天文学家将寻找生物特征，即在行星大气中可检测到的生物学副产品。
NASA 的詹姆斯韦伯太空望远镜是在天文学家发现系外行星之前设计的，因此该望远镜并未针对系外行星研究进行优化。但它能够做一些这样的科学，并计划在其运行的第一年瞄准两个可能适合居住的超级地球。过去几年发现的另一组具有巨大海洋的超级地球，以及今年夏天发现的行星，也是詹姆斯·韦伯引人注目的目标。
但在系外行星大气中寻找生命迹象的最佳机会将来自下一代巨型地面望远镜： 39 米超大望远镜、 30 米望远镜和24.5 米巨型麦哲伦望远镜。这些望远镜都在建造中，并将在本世纪末开始收集数据。
天文学家知道生命的成分就在那里，但可居住并不意味着有人居住。在研究人员在其他地方找到生命的证据之前，地球上的生命可能是一次独特的意外。虽然宜居世界没有生命迹象的原因有很多，但如果未来几年天文学家观察这些超级宜居的超级地球却一无所获，人类可能会被迫得出结论，宇宙是一个孤独的地方。 
本文根据知识共享许可从The Conversation重新发布。阅读原文。
图片来源： NASA Ames/JPL-CalTech