越来越近了：在恒星宜居带发现“超级地球”

哇，这是一个有趣的发现：天文学家发现了一个看起来像“超级地球”的行星——比地球质量更大但仍小于气态巨行星——它围绕着一颗附近的恒星运行，距离适中，可能存在液态水！考虑到这一点，它可能——*可能*——与地球相似。

这真是个好消息。我们以前也发现过类似的行星，但数量不多！更酷的是：这颗行星至少有五个兄弟姐妹，它们都比它更靠近恒星。现在让我澄清一下：这是一个行星*候选*；它尚未得到证实。然而，阅读这篇期刊论文（PDF），数据显示相当不错。它最终可能被证明不是真实的，但为了这篇博客文章的目的，我只在这里加上这个警告，从现在起称之为行星，并且我已经充分警告过你们了。这颗恒星名为HD 40307，距离我们40多光年（以银河系标准来看相当近，但我可不想步行去那里）。它是一颗K2.5型矮星，这意味着它比太阳更冷、更暗、更小，但差距不大。换句话说，它相当像太阳。巧合的是，它似乎与太阳的年龄也差不多：45亿年。它使用HARPS（高精度径向速度行星搜索器）观测到（我知道，它应该叫HARVPS，但发音很难）。这是一个极其灵敏的仪器，用于探测行星（或多颗行星）围绕恒星运行时恒星光线的变化。恒星的引力导致行星围绕它运行，但行星也有引力。当它围绕恒星运行时，恒星也会做一个小小的圆圈（我喜欢把它想象成两个孩子，一个比另一个大，手拉手互相转动；较轻的孩子画一个大圆，较大的孩子画一个小圆）。当恒星做它的圆圈时，一半时间它正在接近我们，一半时间它正在远离我们。这意味着它的光线会发生多普勒频移，就像摩托车引擎在你经过时音高下降的效果一样。质量更大的行星对它们的恒星拉力更大，因此更容易通过这种方式发现。此外，离恒星更近的行星轨道更短，所以你不需要观察那么长时间就能发现它。但最终，通过测量恒星的多普勒频移程度，你可以得到行星的质量和轨道周期。或者多颗行星。在这种情况下，HD 40307不久前首次被HARPS观测到，并发现了三颗行星。但数据是公开的，所以一个天文学家团队获取了数据，并使用更灵敏的方法从数据中提取任何行星特征。他们很容易地发现了之前看到的三颗行星，但也发现了另外三颗！其中一颗行星的质量至少是地球的七倍，轨道周期为198天。它被称为HD 40307g（行星以其主星命名，后面跟着一个小写字母，从b开始），它属于“超级地球”范围：质量比地球大，但比海王星（海王星是地球质量的17倍）小。不幸的是，我们不知道这颗行星有多大。它可能密度大，只比地球大一点点，也可能很大而蓬松。但如果它的密度和大小恰到好处，它很容易具有与地球相同的表面引力——也就是说，如果你站在上面，你的体重会和现在一样！但最有趣的是，它围绕恒星的距离约为9000万公里（5500万英里）——比地球离太阳的距离更靠近它的恒星……但这很好！请记住，这颗恒星比太阳更暗、更冷。事实上，在这个距离上，这颗行星正好位于恒星的“宜居带”中，那里的温度正好适合液态水存在！这令人兴奋，因为它预示着生命的可能性。现在，每当我提到这一点时，我都会听到一些人很不满地说我们并不知道生命是否需要水。这是真的，但环顾四周。水在地球上很常见，而我们就存在于此。我们*确实*不知道生命是否需要水，但我们知道水是丰富的，而我们*需要*它。我们不确定生命形成的其他方式，所以从我们最了解的地方寻找是合乎情理的。这意味着液态水。这是与我们自己的系统进行比较的图表：

请注意，比例尺略有不同，以便太阳和HD 40307的宜居带更好地对齐（请记住，HD 40307g实际上比地球离太阳更近——一个天文单位是地球到太阳的距离，所以HD 40307距离其恒星约0.6 AU）。令我高兴的是，这颗新行星在其“金发区”的位置实际上比地球更好！这实际上是个好消息：轨道可能是椭圆形的（无法从观测类型中确定形状），但仍完全处于恒星的宜居带中。再看看这个系统：其他行星都更靠近恒星！我们的太阳系只有两颗行星位于地球轨道以内……但HD 40307的所有五颗行星都可以舒适地放在水星轨道以内。令人惊叹。所以这颗行星——如果它被证实是真实的——是我们发现的少数几个位于已知生命适宜位置的行星之一。而且我们已经发现的一些是气态巨行星（尽管它们可能有适合生命诞生的大型卫星）。所以这表明，地球并不像我们曾经认为的那样与众不同：大自然有许多方法将行星放置在距离恒星适当的距离，以供生命存在。我们一直在不断接近那个宏伟的目标：找到一颗大小、性质都与地球相似的行星，在一个类似太阳的恒星的适当距离上运行以供生命存在。这颗行星实际上非常符合，但我们对它知之甚少（主要是它的大小）。所以我还在等待。鉴于我们观测到的恒星数量和我们发现的行星数量，我一如既往地要问：地球II是否已经被观测到，数据只是在等待被发现？

图片来源：ESO/M. Kornmesser；Tuomi 等人。