以下為文本??
最近的當(dāng)紅系外行星可能當(dāng)屬新發(fā)現(xiàn)的Kepler-1649c了，這顆行星曾經(jīng)因算法誤判被而忽略，直到近期才被科學(xué)家們從開普勒探測器留下的數(shù)據(jù)里撈了出來。Kepler-1649c據(jù)估計(jì)直徑是地球的1.06倍，環(huán)繞一顆距離地球300光年的紅矮星Kepler-1649公轉(zhuǎn)，位于這顆恒星的宜居帶內(nèi)，每19.5個(gè)地球日公轉(zhuǎn)一圈 [1，2]。
顯然，能成為今日之星靠的可不僅僅是這份“失而復(fù)得”的運(yùn)氣，更多的是因?yàn)?，這是一顆位于宜居帶中，目前為止大小和表面溫度與地球最接近的一顆系外行星。
盡管聲勢還比不上之前的“地球2.0”、“地球大表哥”——環(huán)繞著黃矮星公轉(zhuǎn)的Kepler-452b（但已被暫時(shí)降級(jí)為“疑似”），但也已經(jīng)足夠吸睛。
“宜居行星”、“超級(jí)地球”、“地球2.0”，這些詞近些年來頻頻活躍于各大媒體的報(bào)道之中，某些號(hào)甚至僅憑這一點(diǎn)點(diǎn)信息就能腦補(bǔ)出無數(shù)動(dòng)人的山水田園畫卷，你說人家是偽科學(xué)吧，人家還說你不懂藝術(shù)想象呢。
不過話說回來，即使什么都不多說，僅僅靠著這些詞匯本身帶來的種種暗示，就已經(jīng)天然能勾動(dòng)起媒體和吃瓜群眾們的神經(jīng)了，這不怪你們，怪這名字取得確實(shí)有點(diǎn)uc標(biāo)題黨。
所以這集，我們就來深入剖析一下“地球2.0”背后的思維邏輯。
簡單來說，不管是“宜居帶”還是“超級(jí)地球”，本質(zhì)的要求只有一個(gè)，那就是：要像地球。而這背后的邏輯其實(shí)是：地球上有生命，那么一個(gè)像地球的星球上也可能有生命。
那什么樣叫“像地球”呢？總的有個(gè)對(duì)比的指標(biāo)吧？早期的行星科學(xué)家們給出了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：
1、表面溫度和地球差不多；
2、質(zhì)量或者說個(gè)頭和地球差不多。
這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就對(duì)應(yīng)了“宜居帶”和“超級(jí)地球或者類地球行星”這兩個(gè)概念，前者要求這個(gè)行星距離中心恒星不近不遠(yuǎn)，因此表面溫度不冷不熱，能夠允許液態(tài)水在表面穩(wěn)定存在（注意這里是“表面”，后面要考的），后者要求這個(gè)行星和地球質(zhì)量相當(dāng)或者沒有量級(jí)上的差別。
然而，我們實(shí)際希望一個(gè)像地球的宜居星球是什么樣的呢？有液態(tài)水，有巖質(zhì)的固態(tài)表面，最好還有大氣層保護(hù)，有活躍的地質(zhì)活動(dòng)。
那么，“宜居帶”和“超級(jí)地球”這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以等價(jià)于我們對(duì)“第二個(gè)地球”的期待么？或者說，“地球2.0”真的像地球么？
其實(shí)不一定。
讓我們思考兩個(gè)問題：
第一個(gè)問題：在宜居帶中的星球，表面一定有穩(wěn)定的液態(tài)水么？
我們前面已經(jīng)說了，宜居帶其實(shí)只是一個(gè)溫度上的限制，這個(gè)限制僅由兩個(gè)因素決定：恒星的輻射能量和行星與恒星的距離。不同類型的恒星，匹配的“宜居帶”位置和范圍是不一樣的——越熱的恒星，宜居帶越遠(yuǎn)、越寬，越不那么熱的恒星，宜居帶越近、越窄 [4]。
然而，同樣位于太陽的宜居帶中的火星，如今的已經(jīng)表面幾乎沒有液態(tài)水存在。這不是溫度的事兒，而是隨著火星逐漸失去了磁場和大氣層的保護(hù)，過低的表面大氣壓讓液態(tài)水無法穩(wěn)定存在了。即使是近些年在火星上發(fā)現(xiàn)的疑似液態(tài)水痕跡“季節(jié)性斜坡紋線”（RSL），也很可能是因?yàn)楦邼舛鹊母呗人猁}幫助水達(dá)到融點(diǎn)，流動(dòng)起來。
火星上發(fā)現(xiàn)的季節(jié)性斜坡紋線，可能是季節(jié)性的液態(tài)水變化所致。來源：NASA
也就是說，位于宜居帶中，不一定表面液態(tài)水能穩(wěn)定存在，還得有大氣層或者其他因素的配合。
第二個(gè)問題：“超級(jí)地球”或者“類地球行星”一定有地球那樣的巖質(zhì)固態(tài)表面么？
通常來說，超級(jí)地球的上限是10倍地球質(zhì)量，下限1-3倍地球質(zhì)量，而比超級(jí)地球小一點(diǎn)，和地球幾乎差不多大的就是“類地球行星”。
也就是說，不管是“超級(jí)地球”還是“類地球行星”，其實(shí)只是一個(gè)質(zhì)量或者個(gè)頭上的約束——本質(zhì)上并沒有對(duì)行星的表面狀態(tài)作出限制。
然而，在1-10倍地球質(zhì)量這個(gè)范疇里的星球，除了像地球一樣擁有巖質(zhì)的固態(tài)表面和一般般厚度的大氣層之外，也可能像海王星那樣有著水冰和氨冰的幔層和較厚的氫氦大氣層——這種大個(gè)頭的“超級(jí)地球”我們稱之為“迷你海王星”。而即使是和地球質(zhì)量相當(dāng)，也有可能是表面完全被液態(tài)水覆蓋的“海洋行星”，沒有陸地，也沒有島嶼。
也就是說，溫度和質(zhì)量與地球接近的，未必就像地球。
反過來，溫度和質(zhì)量與地球相差很多的，也未必就不能在某些方面像地球。
讓我們思考第三個(gè)問題：不在宜居帶中，一定沒有穩(wěn)定的液態(tài)水么？
不好意思，也不一定。
如果我們不局限于表面，星球的內(nèi)部完全可以別有洞天。外太陽系的木星、土星距離太陽如此遙遠(yuǎn)，如果靠太陽來提供熱量的話，這些行星的衛(wèi)星們必然有一個(gè)算一個(gè)都是冰疙瘩，從外到內(nèi)凍得透透的。
然而實(shí)際上，這些衛(wèi)星壓根不care太陽那點(diǎn)輻射。在大行星自身引力不斷地”揉捏“之下，永無止盡的劇烈摩擦產(chǎn)生的潮汐加熱作用在許多衛(wèi)星內(nèi)部產(chǎn)生了大量的熱，結(jié)果就是：盡管表面溫度低達(dá)零下100多攝氏度，但木衛(wèi)二、木衛(wèi)三，土衛(wèi)二等衛(wèi)星們?cè)诒鶎又滦纬闪艘簯B(tài)水海洋，木衛(wèi)一更是成為了一個(gè)噴涌的火山世界（詳見：金星、木衛(wèi)一，還是海衛(wèi)一？）。
還有第四個(gè)問題：比地球小很多的星球就一定沒有穩(wěn)定的大氣層和活躍的地質(zhì)活動(dòng)么？
說幾個(gè)太陽系中我們已知的反例：一個(gè)是土衛(wèi)六，土衛(wèi)六比火星還小，而且沒有磁場，但大氣層卻比地球還要厚。還有別忘了我們前面提到過的，木衛(wèi)二土衛(wèi)二就有活躍的地質(zhì)活動(dòng)，木衛(wèi)一甚至是太陽系中最活躍的星球，而這些有著固態(tài)表面的衛(wèi)星可都比地球小多了。
再進(jìn)一步，我們對(duì)一顆星球“像地球”的期待真的有必要么？好像也不一定。
比如，生命一定需要地球那樣的巖質(zhì)固態(tài)表面么？即使是地球上，我們也已經(jīng)在深海熱泉口附近發(fā)現(xiàn)了生命群落的生息繁衍，那么一個(gè)沒有固態(tài)表面，或者完全被液態(tài)水覆蓋的星球中為什么不可能孕育生命呢？
還有，就在最近，天文學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)即使是在純氫氣的環(huán)境下，某些簡單細(xì)胞生物也能存活和繁衍 [5]，別忘了，很多類似木星、海王星的系外行星很可能大氣的主要成分就是氫氣。
再說，宜居行星和宜居行星就一樣么？
想象一顆系外行星，真的和地球個(gè)頭、成分、表面溫度差不多，也有巖質(zhì)固態(tài)表面，也有液態(tài)水覆蓋，它真的會(huì)像地球那么宜居么？也不一定，因?yàn)榄h(huán)繞著什么樣的恒星公轉(zhuǎn)也很重要。地球是一顆環(huán)繞著黃矮星（G型行星）公轉(zhuǎn)的行星，而如果一顆相似的行星環(huán)繞的是紅矮星（M型行星），可能就有點(diǎn)不妙了。
因?yàn)橄胍_(dá)到同樣的表面溫度，環(huán)繞著溫度更低的紅矮星公轉(zhuǎn)的行星必然需要距離恒星更近，而離恒星近則往往意味著這顆行星很可能已被潮汐鎖定，也就是有固定的一面永遠(yuǎn)面向炙熱的“太陽”，另一面永遠(yuǎn)背對(duì)著“太陽”，就像我們的月球至于地球一樣。另一方面，紅矮星發(fā)出的可見光比太陽光要弱，而紫外線和X射線卻很強(qiáng)，這些對(duì)生命來說，都可能是不宜居的因素。
黃矮星vs紅矮星。來源：NASA
也就是說，不管是“宜居行星”還是“超級(jí)地球”，它們作為一種系外行星的分類標(biāo)準(zhǔn)本身是ok的，但這種分類標(biāo)準(zhǔn)，即使是以我們目前對(duì)地球生命的認(rèn)知，也不一定和生命掛鉤。這還沒算上目前有限的系外行星探測手段本身的測量和誤差限制。
說回最近這顆大小和溫度與地球非常接近的Kepler-1649c，這顆行星會(huì)像地球一樣有固態(tài)巖質(zhì)表面，有液態(tài)水么，當(dāng)然有可能。但即使不是，也沒什么關(guān)系。如今的我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了四千多顆系外行星，而這個(gè)數(shù)字還在飛速增長中，總有一天，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)和地球越來越像的行星，但問題是這種相似到底有多重要？
畢竟，通過“像不像地球”來推測一顆星球可不可能存在生命，本質(zhì)上還是因?yàn)椋何覀兊厍蛉藳]見識(shí)，我們尚未見過任何其他星球上的生命。就像如果一個(gè)人只見過高緯度的冰封之地南極有企鵝，那么很自然的推想就是溫暖的赤道不太可能會(huì)有，但事實(shí)上…赤道真的有企鵝。
而認(rèn)知有限的結(jié)果就是：我們只能通過僅有的認(rèn)知來尋找相似性。然而，實(shí)際情況要復(fù)雜得多。
歐空局的JUICE號(hào)、NASA的歐羅巴快船號(hào)和蜻蜓號(hào)…哪怕在太陽系內(nèi)，我們不也已經(jīng)在逐漸把更多尋覓生命的熱忱從位于宜居帶中的火星轉(zhuǎn)移到了壓根不在宜居帶的木星和土星的衛(wèi)星上了么——?jiǎng)×业某毕訜嶙饔?，冰下的液態(tài)海洋，海底的水熱活動(dòng)，噴泉中的有機(jī)物……想象一下，一個(gè)深海熱泉口附近孕育的生命天堂它不香么？
土衛(wèi)二的水熱活動(dòng)。來源：NASA/JPL-Caltech/Southwest Research Institute
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