天文學家到底是如何大海撈針，撈到地球兄弟的？

NASA利用開普勒望遠鏡發現的一系列類地行星

上期我們說了天文學家是如何搜索系外行星的？但大家心知肚明：找到類地行星——地球的兄弟，才是我們的菜！

畢竟，太陽系外行星不等於就是類地行星，就像太陽系內八大行星，長得並非都像地球一樣。

人類已發現的處於宜居帶的一些系外行星

粗略來分，行星既有類地行星（地球兄弟，固態岩質行星），又有類木行星（木星兄弟，氣態巨行星），還有類海行星（海王星兄弟，氣態冷行星）。其實，天文學家拚命要找的是類地行星。

不管是尋找外星生命，還是搜索適合人類宜居的星球，目標都鎖定在類地行星的朋友圈裡。

但這還遠遠不夠，類地行星的朋友圈範圍太廣，數量太大，跟大海撈針似的——所以必須縮小搜索範圍。

剛剛好的環境——宜居帶

這個範圍叫宜居帶，也有叫適居帶、生命帶、綠帶、古迪洛克帶的。前三個名稱好理解，可「古迪洛克帶」名字怪怪的，為啥叫這名？

金鳳花姑娘

其實是英文Goldilocks的音譯，是指歐美常見的一種花卉，名叫金鳳花，而「金鳳花姑娘」是美國傳統童話的角色，這位姑娘喜歡不冷不熱的粥，不硬不軟的椅子，總之是喜歡「剛剛好」的東西。

所以呢，天文學家就拿來比喻：地球生命所處的環境，就是剛剛好的環境——簡單來說就是：有規律地繞著恆星跑，不遠也不近，不冷也不熱，剛剛好，好到能夠存在液態水的環境。

當然，這是以地球生命環境為藍本的，至於那些科幻類、宗教類、玄幻類所指的生命形態，科學共同體——準確來說是太空生物學家，尚不認可，更不研究。

宜居帶簡稱CHZ

我們說的宜居帶，英文名叫Circumstellar Habitable Zone，簡稱CHZ，直譯為「環繞恆星適宜居住的地帶」。這就意味著宜居帶實際上是一個三維的殼，而不是二維的帶。

一般規律是這樣的——對於低質量、暗弱的恆星，宜居帶較小且靠近恆星；對於較大質量、明亮的恆星，宜居帶到恆星的距離就相對遠些。

太陽系宜居帶與開普勒22系統宜居帶的對比圖

以太陽係為例，宜居帶的範圍0.84AU～1.7AU，1AU就是1個天文單位，一個日地距離，約1.5億公里。

事實上，三顆類地行星：金星、地球、火星都處在太陽都宜居帶里。只要給予正確的環境，其中任意一顆或者所有三顆行星都可能孕育出生命。

太空生物學家根據這種模型，從已發現的類地行星中，進一步遴選處在宜居帶的行星，搜索範圍極大縮小了。

但這還不夠，距離找到能夠孕育生命的類地行星，還差一大截。

不是所有的類地行星都能孕育生命

除了處在剛剛好的宜居帶這個主因外，還有一些因素是必須的：

行星必須足夠大，大到能夠保持內部熱能的程度，形成可調節氣候變化的板塊構造活動。

行星必須產生全球性的磁場，這樣才能形成足夠的大氣，既保證液態水在行星表面存在，又保護生命免受太空致命輻射的危害。而要想形成全球性的磁場，行星至少要有中等速度的自轉。

天文學家在銀河系圈定的宜居帶

這是天文學家在銀河系圈定的宜居帶，根據太陽系宜居帶的「剛剛好原則」畫出的一個環狀宜居帶，以綠色表示。

距離銀河系中心太遠，不會有足夠的重元素，能夠讓類地行星形成、誕生生命、進化出智慧文明。

離銀河系中心太近，輻射太強或者引力效應太大，都會導致生命無法誕生。

開普勒望遠鏡發現的位於宜居帶的系外行星

天文學家推導的結果是，我們銀河系平均每10個行星系統中，可能就會有1顆宜居的行星。這可是一個相當大的比例呀！

相比而言，根據NASA最新公布的一組數據（截至2017年6月）：已發現4034顆系外行星中，只有49顆類地行星，30顆處在宜居帶上，7顆類似地球。

實際觀測發現與理論推導，數值相差太大！要麼觀測能力不行，要麼理論模型有問題。

更重要的是，我們還沒發現一顆宜居帶上的地球兄弟，存在生命的有力證據！

問題來了，科學家又是如何知道：動輒數光年之遙的行星上是否存在生命的？我們下期再說。

數光年之外的類地行星上，是否存在生命？一直扣問著人類的好奇心。

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