Question

新数据发现，银河系有50亿颗类地行星存在

Answer 1

根据天文学家的一项新研究，基于开普勒太空望远镜的数据，四分之一的类日恒星应该有一颗近似地球大小的行星，在恒星的宜居区内运行。

以行星和恒星为背景的开普勒太空望远镜概念图。开普勒发现了4000多颗已知的系外行星中的1000多颗。现在，基于开普勒数据，科学家估计四分之一的类日恒星至少有一颗与地球大小相同的行星。

在我们的银河系中，有多少地球大小的行星--在他们的恒星的宜居区(液态水可能存在的地方)轨道上运行的行星，存在于我们的银河系中？近些年来，科学家们发现了数以千计的系外行星，现在他们对这个问题的答案有了更好的了解。宾夕法尼亚州立大学(Penn State University)根据开普勒太空望远镜(Kepler Space Telescope)的数据进行的一项新研究表明，每四颗类似太阳的恒星中，就有一颗应该至少有一颗大小与地球相似的行星，并在其恒星的宜居带内运行。

这篇新的同行评议的论文描述了这些结果，发表在2019年8月14日的“天文学杂志”上。

显然，这是一项令人兴奋的研究！它对其他星球上存在生命的可能性有直接的影响。我们银河系总共约有2000亿颗恒星，其中约10%是类太阳恒星。那就是200亿颗类似太阳的恒星，如果其中四分之一至少有一颗地球大小的行星，那光是我们银河系就有50亿颗！

开普勒-186f的想象图，这是一颗地球大小的系外行星，围绕一颗红矮星运行，距离地球582光年。仅在我们的银河系中就可能有数十亿个这样的世界。

更具体地说，研究人员估计，与地球大小相同的行星，从地球直径的1/2到3/4，轨道周期从237天到500天，大约出现在四分之一的类日恒星周围。考虑到不确定因素，他们认为未来的行星发现任务计划的发生率范围从低到每33颗恒星约有一颗行星，到几乎每两颗恒星有一颗行星。

根据宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学教授埃里克·B·福特(Eric B.Ford)的说法：“知道我们应该期望多久才能找到具有给定大小和轨道周期的行星，这对于优化对系外行星的调查和设计即将进行的太空任务，以最大限度地提高它们的成功机会，是非常有帮助的。宾夕法尼亚州立大学在将最先进的统计和计算方法引入天文观测分析以解决此类问题方面处于领先地位。我们的网络科学研究所(ICS)和天体统计中心(CAST)提供基础设施和支持，使这些类型的项目成为可能。”

到目前为止实际发现的大多数地球大小的行星都是由开普勒太空望远镜发现的。但就像福特解释的那样，它们可能很难找到：“开普勒发现了大小、组成和轨道多种多样的行星。我们希望利用这些发现来提高我们对行星形成的理解，并计划未来的任务，寻找可能适合居住的行星。然而，简单地计算给定大小或轨道距离的系外行星是有误导性的，因为找到远离其恒星的小行星比找到靠近其恒星的大行星要难得多。”

Trappist-1行星系统(想象图)距离地球39.6光年，至少有7颗地球大小的岩石行星，其中3颗位于宜居地带。他们中的任何一个都存在生命吗？

那么，研究人员是如何利用开普勒的数据来确定可能有多少地球大小的，可能适合居住的行星呢？

他们设计了一种新的方法来推断大小和轨道距离范围很广的行星的出现率，而不仅仅是研究的主要焦点行星。新的模型模拟恒星和行星的“宇宙”，然后“观察”这些模拟的宇宙，以确定开普勒在每个“宇宙”中会发现多少行星。

研究人员进一步解释道：我们使用了由开普勒确定的行星的最终目录，以及欧洲航天局的GAIA航天器的改进的恒星属性来构建我们的模拟。通过将结果与开普勒编目的行星进行比较，我们表征了每颗恒星的行星比率，以及这与行星大小和轨道距离的关系。我们的新方法允许团队考虑到之前研究中没有包括的几种影响。

虽然开普勒观测到的大多数恒星通常距离太阳数千光年，但开普勒观测到的恒星样本足够大，我们可以进行严格的统计分析，以估计附近类太阳恒星的宜居区中地球大小的行星的比率。

还有多少个世界？有多少种可能的文明？

这项研究的发现现在可以用来帮助规划即将到来的太空望远镜，如詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)，它将能够研究其中一些世界的大气，并寻找可能表明生命的生物标志物的迹象-氧气或甲烷等气体。

根据福特的说法：科学家们特别感兴趣的是在大约地球大小的行星的大气层中寻找生物标志物，这些行星在类太阳恒星的“宜居区”中运行。宜居带是行星可以在其表面支持液态水的轨道距离范围。在类太阳恒星的宜居地带寻找地球大小的行星上存在生命的证据将需要一个新的大型太空任务。

不久前，我们还不知道是否有其他恒星有行星围绕它们运行。现在我们了解到它们中的大多数都有，当涉及到与我们自己的太阳相似的恒星时，至少有四分之一的恒星有可能与我们自己的相似。

简而言之：利用开普勒太空望远镜的数据进行的一项新研究表明，在我们的银河系中，可能有大量地球大小的星球在其恒星的宜居区内运行。我们的银河系总共有大约2000亿颗恒星和大约200亿颗类似太阳的恒星。如果四分之一的类日恒星中有一个至少有一颗地球大小的行星，那仅在我们的银河系就有50亿个这样的世界！