人类长期以来仰望星空，想知道有多少类地行星存在。多亏了近年来开发的强大望远镜，专业和业余天文学家都发现了大量围绕其他恒星运行的行星。自从第一颗被证实的系外行星诞生以来的三十年里，他们已经发现了4000多颗——其中许多行星与它们的恒星距离相似。
阅读更多：NASA 的系外行星搜寻太空望远镜需要您的帮助来寻找新世界
但这又引出了研究人员的另一个问题：这些行星中有多少拥有与我们相似的气候，两极被冰覆盖，中间相对无冰？
为了找出答案，华盛顿大学和伯尔尼大学的一个研究团队对数十万颗假想系外行星进行了计算建模。他们发现，我们幸运的冰情并不常见，这主要是由于地球相对适度的轴倾角。
“有很多不同的因素影响冰的生长，”Caitlyn Wilhelm 说。Wilhelm 在华盛顿大学读本科时主导了今年发表在《行星科学杂志》上的这项研究，现在是该大学虚拟行星实验室的软件工程师。
27万种旋转方式
Wilhelm 和她的合著者创建了一个模型，该模型检查了在适合人类居住的距离内围绕恒星运行的假想系外行星。他们使用三种类型的恒星运行此模型：G型恒星，如我们的太阳，以及F型和K型恒星，它们的大小和热量与我们的太阳相对相似。
对于每颗系外行星，研究人员改变了诸如其轴倾角（例如，轴倾角大的行星往往摆动更多）、其轨道的形状、其质量以及其恒星的大小和热量等因素。总而言之，他们根据这些可能的组合创建了大约27万种变体，每种变体都涵盖了100万年的时间跨度。
他们发现，大约90%的行星在恒星的宜居带内运行将是无冰的。
“季节的长度被证明是主要因素，”虚拟行星实验室的天文学家、该研究的合著者Rory Barnes说。例如，年份越长，夏季融化的冰越多。较短的季节似乎有助于冰全年保持。
冰带
研究人员发现，如果一个类地系外行星是冰冷的，那么它赤道周围有冰带的可能性是两极被冰覆盖（如地球）的两倍。“我们发现冰带比我们想象的要普遍得多，但这取决于恒星的光谱，”Wilhelm说，并补充说这些冰带最常出现在G型和K型恒星周围。
当轴倾角大于地球的23.5度（一个相对适度的倾角）时，这种情况更常发生。Wilhelm说，这可能是因为倾角会产生季节性极端，使得极地气候比赤道地区变化更大。
巴恩斯说，由于行星形成过程，这些冰带在宜居带中的系外行星中可能更常见。他说，许多行星形成时的初始轴倾角接近90度，因此我们行星的低倾角相对罕见：“地球确实有一些独特的特性，可能与生命在这里出现的原因有关。”
这些模型还发现了一些奇怪的案例。在一个案例中，轴倾角和轨道形状以某种方式结合，从而产生了非常混乱的季节性波动。那个假想世界上的冰形成混乱，没有真正的模式。在其他情况下，行星每1万年甚至10万年就会从有冰带变为无冰——有点像地球的冰河时期循环，但更极端。巴恩斯说，一些行星甚至在赤道外，在它们的北半球形成了冰带。
就像家一样
研究人员报告称，像地球上那样的冰盖仅出现在3%到4%的案例中。这些主要发生在轴倾角等于或小于地球的情况下，并且在F型恒星周围，冰盖比冰带常见三倍。
同样，地球目前的极地冰盖并非总是我们星球的特征。巴恩斯说，我们现在有冰盖这一事实似乎有点异常。他指出，他们的模型中没有考虑大气和行星内部之间的二氧化碳循环——这可能可以解释这一点。
当你更仔细地观察模型时，“结果发现，在过去数亿年中的大部分时间里，地球都没有极地冰盖，”他说。“所以从这个意义上说……我们碰巧生活在现在有极地冰盖的时期。”
巴恩斯说，这一发现出乎意料。但总的来说，他们的模型揭示了随着我们建造更强大的望远镜，天文学家可能会在真实的类地行星上遇到的各种情况。
