开普勒太空望远镜改变了我们对宇宙的看法。美国宇航局于2009年发射了这架天文台，目标是寻找类日恒星宜居带内的类地系外行星。到2018年任务结束时，该望远镜已经观测了约15万颗类日恒星，发现了2300颗系外行星，约占已知系外行星的一半。
这是一项令人印象深刻的成就。但它掩盖了任务遇到的一些奇怪问题。开普勒发现，类日恒星周围的类地行星比预期的更难发现。因此，天文学家很难准确估计附近可能存在的行星数量。
现在，由于美国宇航局艾姆斯研究中心的Steve Bryson及其国际合作团队对开普勒数据进行了详细的计算，情况发生了变化。他们的工作首次估算了我们本地附近类日恒星宜居带内岩石行星的数量。他们说，答案是，在离我们30光年范围内，可能只有4颗“地球孪生”行星。
这有些令人惊讶，甚至可以说是令人失望，因为早些估计曾表明，银河系中可能存在多达110亿颗宜居系外行星。那么，Bryson和他的同事是如何得出这个数字的呢？
光线遮挡
开普勒通过测量特定恒星接收到的光量变化来寻找系外行星。系外行星从恒星前方经过时会阻挡一部分光线，尽管比例很小。因此，开普勒会寻找任何微小的变化。
但这种方法假设恒星产生的光量相对恒定，就像我们的太阳一样。然而，开普勒的早期发现之一是，这种假设是错误的。类日恒星的光量变化比天文学家预期的要大得多，而这种变化掩盖了系外行星的存在。“识别宜居带内的岩石行星被证明比预期的挑战更大，”Bryson及其团队表示。
(来源：Bryson等，《开普勒的宜居性发生率》)
Bryson 等，《开普勒的宜居性发生率》
为此，美国宇航局将开普勒的任务时间从四年延长到八年，希望额外的数据能帮助发现更多的系外行星候选者。但随后发生了灾难。为了收集光线，太空望远镜必须精确地指向一小块天空，航天器配备了四个反作用轮来控制其姿态。
但在2012年和2013年，其中两个反作用轮发生故障，导致航天器瘫痪。较低精度的观测一直持续到2018年航天器最终报废，但新数据并未能完全弥补恒星变异性带来的问题。
因此，开普勒的最终数据发布只包含9个潜在的宜居候选者。这些是位于母星宜居带内、尺寸与地球相似（半径为地球的0.5到1.5倍）的明确的岩石行星。
方法
乍一看，似乎很难从如此少的数据点中进行可靠的推断。但统计学家有一些技巧可以用来获得更深入的见解。
一种方法是包含额外的数据，例如来自比类日恒星更热和更冷的恒星的数据，并包含更大的系外行星，尽管这些行星更可能是气态而非岩石。“通常情况下，使用更广泛范围的数据会产生更好的结果，”团队表示。
开普勒还观测了天空中一小块区域，大约相当于北斗七星的两个舀子，靠近天鹅座。因此，可以将这些数字进行仔细的倍增，使其具有代表整个天空的意义。
通过这种方式，Bryson的团队计算得出，平均而言，37%到60%的类日恒星在其宜居带内应该拥有岩石系外行星。这使得该团队有信心，在我们方圆30光年内，应该存在大约四颗类日恒星宜居带内的岩石行星。最近的一颗可能距离我们约20光年。
近在咫尺，却隐藏不见
从宇宙尺度来看，这几乎就是“家门口”了，但找到这些行星仍然是一项“大海捞针”的任务。它们可能从地球上看不见，因为它们不会从母星前方经过。同样，我们可能也无法从它们那里看见我们。因此，我们需要找到一种除了凌星法之外的方法来探测它们。
即使我们找到了这类行星，仅仅存在于宜居带也无法保证生命会在这些地方演化。目前，宇宙中唯一发生这种情况的地方是我们这颗围绕着一颗不起眼的黄矮星运行的苍白蓝色圆点。
有时，寻找类地行星的任务听起来很简单——例如，当天文学家说银河系中有110亿颗这样的行星时。然而，正如Bryson及其团队所展示的，现实情况是，这将困难得多。
参考：Bryson 等，《开普勒数据中类日恒星宜居带岩石行星的发生率》arxiv.org/abs/2010.14812
