我们距离找到另一个地球又近了一步

天文学家已经发现了 4000 多颗围绕遥远恒星运转的行星，但没有一颗感觉像地球。蒂加登 b 大小合适，但它绕其暗淡的矮星公转仅需五天（地球日）。开普勒-452 b 绕其类似太阳的恒星公转一圈需要 385 天，但似乎是一颗笨拙的“超地球行星”，质量远大于我们称之为地球的岩石。真正的地球孪生行星在哪里，甚至是否存在，仍然是天文学的头号谜团之一。

虽然当今的太空望远镜缺乏发现地球 2.0 的理想技能，但天文学家开始意识到类似世界在宇宙中出现的频率。通过将美国宇航局的系外行星观测航天器开普勒的最终数据集与其他最近的调查相结合，一个天文学家团队计算出了迄今为止最强的估计值：他们说，访问三到三十个太阳系，你很可能会遇到至少一个地球。他们希望他们的研究结果能够为即将到来的系外行星搜寻望远镜的设计提供参考，并帮助我们了解我们所知的生命在其他地方存在的几率。

“宇宙中可能存在其他生命吗？”宾夕法尼亚州立大学研究生、这项研究的合著者 Danley Hsu 问道。“尝试估计围绕类太阳恒星运行的类地行星的频率是我们可以回答这个问题的方法之一。”

然而，要在少数情况下发现它又是另一回事。

目前，NASA 的系外行星搜寻望远镜是凌日系外行星勘测卫星 (TESS)，该卫星用于搜寻表明行星经过其恒星前方的恒星暗化迹象。它的摄像头扫描大部分天空，优先考虑距离较近的太阳系，以便哈勃太空望远镜和即将投入使用的詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 可以近距离观察。

TESS 已经发现了 1,000 多颗潜在（“候选”）行星，NASA 预计它将发现近 20,000 颗。其中，大约有 500 颗与地球大小相仿，但几乎没有一颗与地球类似。天文学家必须发现三次暗化或凌日现象，才能确定他们看到的是一颗绕恒星运行的行星（而不是随机的尘埃云或闪烁），因此 TESS 的频繁扫描使其有时间在几天或几周内找到绕恒星运行的行星——而不是几年。

该卫星还瞄准了温度较低的红矮星。它们的数量远远超过像太阳这样更亮的“G 型”恒星，因此成为寻找大型系外行星的绝佳焦点，但它们可能不适合生命生存。为了在所谓的宜居带内运行，行星必须挤在恒星旁边，也就是我们可能认为的水星区域，那里的行星获得的能量刚好足以让水不结冰或沸腾。

然而，将这些矮星宜居带称为“宜居带”却带有乐观的意味。那里的行星可能拥有温和的气候，但附近的恒星也会向它们发射紫外线和太阳耀斑，从而剥夺它们的大气层并摧毁新生的微生物。生物体可能会找到生存的方法，但它们必须发挥创造力。

美国宇航局之前的旗舰系外行星搜寻飞船开普勒望远镜瞄准的是更明亮的类太阳恒星。多年来，它一直目不转睛地盯着同一片​​月球大小的天空，收集识别系外行星所需的光线。然而，大约四年后，正当开普勒望远镜观测到需要数百天才能绕行的恒星第三次和第四次凌日时，维持其稳定性所需的一个部件坏了。

“不幸的是，我们错过了这个机会，”许说道，“因为就在我们开始获得越来越多类地行星候选者时，航天器却坏了。”

结果是一份目录里满是各种各样的系外行星，却没有一颗地球 2.0。由于缺乏确凿的观测证据，天文学家求助于统计工具来统计那些不可数的行星。

麻省理工学院天文学家克里斯·伯克曾参与开普勒任务，目前参与 TESS 项目。他将这项任务比作人口普查。你要统计所有能统计的人，并仔细思考哪些人无法统计，以及原因。“你的人口普查永远不会完整，”他说，“你必须了解哪些人被漏掉了。”

对于许和他的同事来说，这意味着要深入了解开普勒太空船的优势和劣势。寻找一颗变暗的恒星在理论上很简单，但在实践中，你必须担心坏点、误报、伪装成行星的双星、​​你对每颗恒星大小的了解有多准确，以及一系列其他复杂情况。“这些小事情中的每一个都会影响这些探测，”伯克说，你必须学会​​如何找出哪些行星在探测过程中被淘汰了，哪些行星实际上太难看到了。

宾夕法尼亚州立大学的研究小组最近在《天文学杂志》上发表了他们的研究成果，他们使用了大量新数据集来使他们的估算成为迄今为止最可靠的。与之前的研究不同，他们拥有开普勒最终的系外行星列表，以及开普勒团队进行的完整测试记录。他们在数据中插入假行星以测试探测过程的效果。他们还使用了欧洲 GAIA 任务的最新恒星尺寸测量值以及创新的统计技术。最后，该小组计算出，最好的情况下，每 2.5 颗类太阳恒星周围就会出现至少一颗类地行星，最差的情况下，每 33 颗类太阳恒星周围就会出现一颗类地行星。许认为，实际平均值超出这个范围的概率不到 10%。

Burke 并未参与这项研究，但他过去曾发表过类似的研究成果。他称这一估算为“基准”，并补充说，其他团队未来可以继续完善计算结果。“这不是最终答案，”他说，“但肯定是需要迈出的一步。”

至于天文学家何时才能真正找到这些地球孪生行星中的一颗，许和伯克都认为他们不会很快发现。许指出，这一估计描述了实际的类地行星的频率，而恰好以合适的角度从恒星前方经过以便我们观测到的行星数量将会更低。他希望研究人员在建造下一代望远镜时能够考虑到这些现实情况。“我们希望对我们预计会发现多少颗行星有一个大致的了解，”他说，“这样我们就不会花费数十亿美元来设计一个收益为零的航天器。”

未来十年，WFIRST 望远镜将取代 TESS，成为天体上最耀眼的行星猎手，在恒星引力场的扭曲中寻找行星的痕迹。研究人员希望这项技术能够发现远离恒星运行的巨大海王星。

但要想找到真正的开普勒继任者，找到真正的地球孪生兄弟，系外行星搜寻者至少要等到 2030 年代，那时大型紫外光学红外巡天 (LUVOIR) 和宜居系外行星成像任务 (HabEx) 等概念仪器才能发射。这些庞然大物将试图通过遮挡主恒星的强光来直接拍摄系外行星的照片。如果它们能顺利通过规划阶段，LUVOIR、HabEx 或类似设备可能是我们了解地球到底有多独特的最佳选择。

“我们现在知道[类地行星]是存在的，”伯克说。“现在只需要利用技术来进一步了解它们。”