震惊！有些恒星可能有多达7颗宜居行星

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翻译：张宇辰

校对：王婧彧王茸张砚斌杨伯顺

审阅：牧夫校对组

美编：崔郁

后台：库特莉亚芙卡李子琦

最近的几十年，科学家已经发现了超过4000颗系外行星。关于所发现的行星类型和它们的共同点，天文学家已经了解了很多。例如，他们已经更清楚地认识到宜居行星到底有多普遍（至少以我们的标准来看是这样）。

事实证明，有相当多的行星可以维持生命的存在。这是一组天文学家和行星科学家得出的结论，他们进行了基于恒星分类的宜居带大小的研究。在意识到宜居带内部可以有很多行星稳定运行后，他们得出了结论：那些没有木星那般大小的气态巨星的星系，可以有多达7颗宜居行星！

这项研究是由加州大学河滨分校(UCRiverside)的天体生物学教授斯蒂芬·凯恩(StephenKane)所领导的。该研究的灵感来自凯恩自己对TRAPPIST-1恒星系统的研究。TRAPPIST-1是一颗M型红矮星（恒星光谱分为O、B、A、F、G、K、M等类型。从左到右是恒星表面温度逐渐降低的序列。O型星温度最高,约40000K；M型星最低,约3000K），它有不少于7颗岩质行星(其中3颗的轨道在恒星的宜居带范围内)。这一发现，加上近年来在红矮星附近发现的许多岩质行星，使得天文学家们开始思考：一颗恒星究竟能容纳多少潜在的宜居行星。

“这让我很想知道，一颗恒星可能拥有的可居住行星的最大数量是多少？以及为什么我们的恒星只有一个可居住行星？”凯恩在加州大学河滨新闻的一篇报道中解释道。“这不公平!”为了他们的研究，凯恩和他的同事们创建了一个模型系统，他们计算了不同光谱分类的恒星以及不同大小和轨道的行星。

恒星分类是一个关键的考虑因素，因为更大，更亮，更热的（“早型”）恒星有更宽的宜居带，而较小和较冷的恒星(如我们的太阳和红矮星)的宜居带要窄得多。他们的模型还包含了一种计算引力的算法，这有助于测试行星在数百万年的时间里如何影响彼此的轨道。

他们发现，与“晚型”恒星(如G、K和M型)相比，“早型”恒星(O或B，可能还有A型)更有可能有多颗行星在其更宽的宜居带运行。事实上，他们发现有些恒星可能支持多达7颗岩质行星，而像太阳这样的恒星可能支持6颗有液态水的行星。

对不同类型恒星的宜居带范围的艺术图

其中一个重要的因素是：这些行星的轨道更接近圆形，而不是椭圆或不规则的。这使得轨道系统更稳定，尽量减少了近距离接触或碰撞的机会。凯恩解释说，另一个条件是，恒星周围没有像木星那样的巨大行星:

“如果超过7颗，两颗行星就会彼此靠得太近，导致彼此的轨道不稳定。木星对我们太阳系的宜居性有很大影响，因为它质量大，扰乱了其他轨道。”

到目前为止，天文学家们只发现了少数几颗在宜居带中有多颗行星的恒星。其中一个是BetaCanumVenaticorum(BetaCVn)。凯恩和他的同事们发现了它，并将其作为他们研究的一个例子。这颗G型(类似太阳)恒星距离地球27.5光年，被认为是寻找地外生命的最佳候选恒星之一。

至今，还没有在BetaCVn周围发现系外行星，但是凯恩和他的同事们认为，这颗恒星周围没有木星般大小的行星是一个很好的迹象。这种离恒星更远的大型行星更容易被探测到。探测方法包括凌星法、直接成像法，或视向速度法（请看文末的说明）。

这使它成为了一个进行后续研究“寻找在恒星宜居带的多行星”的目标。展望未来，凯恩和他的同事们，还希望寻找其它的被清一色的较小行星环绕的恒星。下一代太空望远镜的部署，以及将要在未来几年里“开光”的地面天文台的部署，将会有助于这些搜寻工作的开展。

比邻星b围绕着离太阳系最近的恒星——红矮星比邻星旋转的艺术想象图

随着天文台光学器件的升级和灵敏度的提高，以及新建立的系外行星化学的大气模型，未来的研究将会从中受益。天文台能够从这些行星大气反射的光中直接收集光谱，以此揭示它们的化学成分，并让科学家们梳理出任何可能的生物痕迹。

正如凯恩所说，这项研究，不仅会帮助我们确定是否存在可供研究的生命，还能帮助我们理解地球是如何变得适宜居住的，以及它在未来可能发生的变化:“尽管我们知道地球在其历史的大部分时间里都是适宜居住的，但关于这些有利条件是如何随着时间而演变以及这些变化背后的具体驱动因素等很多问题依然亟待研究。通过测量可能与我们演变路径相似的系外行星的特性，我们可以预览这颗行星的过去和未来——以及我们必须做些什么来维持它的宜居性。”

这项研究鼓舞人心的地方是：它表明像我们地球这样，只有一颗宜居行星围绕恒星运行的系统，可能并非典型。类似的研究表明，可能存在一类“超宜居”行星，也可能存在超宜居系统。这不仅会使生命更容易被发现，也大大增加了高级智慧生命存在的可能性！

【知识补充】

系外行星的探测方法

01凌星法

02直接成像法

03视向速度法

Reference