天文学家认为，星系中最有可能发现生命的地方是超级地球，比如图中由艺术家渲染的开普勒-69c。
图源：NASA Ames/JPL-CalTech
现如今，天文学家们经常能够发现那些围绕着太阳系外恒星运动的行星——它们被称为系外行星。但在2022年夏天，NASA凌星系外行星巡天卫星（TESS）的团队发现了一些处在其母恒星宜居带内运行的有趣行星。
其中一颗行星比地球大30%，并且公转周期不到三天。另一个比地球大70%，可能拥有深海。这两颗系外行星都是超级地球——比地球更大，但比像天王星和海王星这样的冰巨星要小。
我是一名天文学教授，负责研究星系核、遥远的星系、天体生物学和系外行星。我密切关注着寻找可能拥有生命的行星。
到目前为止，地球仍然是科学家们所知的宇宙中唯一存在生命的地方。将寻找生命的重心集中在地球的克隆体——那些属性接近地球的行星，似乎是合乎逻辑的。但研究表明，天文学家们很可能会在那些最近发现的超级地球上发现潜在的生命。
超级地球是指任何比地球大、比海王星小的岩质行星。
图源： Aldaron，CC BY-SA
常见且容易发现的星球
大多数超级地球围绕质量较低且寿命比太阳长得多的冷矮星运行。冷矮星的数量大概是像太阳这样的恒星数量的几百倍，科学家们发现40%的已知的冷矮星周围都有超级地球的存在。利用这个数字，科学家们估计仅在银河系中就有数百亿颗位于宜居带的超级地球，其中可能存在液态水。
根据目前的预测，大约三分之一的系外行星是超级地球，这使它们成为银河系中最常见的系外行星类型。最近的一个距离地球只有6光年。甚至可以说我们的太阳系很不寻常，因为它没有一颗质量介于地球和海王星之间的行星。
由于大多数系外行星的公转减弱了母恒星发出的光线（凌日），使得它们被发现，所以更大的行星更容易被发现。
图源：Nikola Smolenski, CC BY-SA
超级地球是寻找生命的理想目标的另一个原因是，它们相较于同地球一般大小的行星更容易被探测和研究。天文学家使用两种方法来探测系外行星。一个是寻找行星对其母星的引力效应，另一个是寻找当行星从它前面经过时恒星光的短暂变暗。对于更大的行星，这两种探测方法都更容易。
超级地球超级适合居住
300多年前，德国哲学家戈特弗里德·威廉·莱布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz）认为地球是“最好的可能世界”。莱布尼茨的论点旨在解决邪恶为何存在的问题，但现代天体生物学家也探索了一个类似的问题，即是什么让一颗行星适合生命的生存。事实证明，地球并不是所有可能世界中最好的世界。
由于地球的板块运动和太阳亮度的变化，随着时间的推移，气候有时是使海洋沸腾的高温，有时又变为全球范围的冰冻寒冷。地球在其45亿年历史的大部分时间里，一直不适合人类和其他大型生物居住。模拟结果表明，地球的长期可居住性并非是必然结果，而是一个偶然。人类能活下来真的很幸运。
研究人员列出了一个评判行星是否有利于生命生存的属性表。更大的行星更有可能具有地质活跃性，科学家认为这一特征会促进生物进化。因此，最适合居住的行星的质量大约是地球的两倍，体积比地球大20%到30%。它还要拥有足够浅的海洋，可以让光线促进到海底生命的孕育，平均温度为25摄氏度。它的大气层会比地球厚，可以起到保护生命的作用。最后，这样的行星将绕着比太阳年长的恒星运行，使得生命有足够长的时间演化，并且具有强大的磁场，可以防止宇宙辐射。科学家们认为，这些属性结合起来将使行星超级适合居住。
根据定义，超级地球具有超级宜居星球的许多属性。迄今为止，天文学家已经发现了24颗超级地球，即使不是所有可能世界中最好的，理论上也比地球更适合居住。
最近令人兴奋的是，宜居行星的清单有了补充。天文学家已经开始发现从它们的恒星系统中抛射出的系外行星，并且可能有数十亿颗在银河系中漫游。如果一个超级地球从它的恒星系统中抛射出，并且拥有稠密的大气层和覆盖水的表面，它可以维持数百亿年的生命，远远超过地球上的生命在太阳死亡之前的寿命。
新发现的超级地球之一，TOI-1452b，可能被深海覆盖，可能有利于生命生存。
图源：Benoit Gougeon, Université de Montréal, CC BY-ND
在超级地球上探测生命
为了探测遥远系外行星上的生命，天文学家将寻找在行星大气中可探测到的生物特征，即生物活动的副产品。
NASA的詹姆斯·韦布太空望远镜是在天文学家发现系外行星之前设计的，因此该望远镜并未针对系外行星研究进行优化。但它能够做一些这样的科学贡献，并计划在其运行的第一年瞄准两个可能适合居住的超级地球。过去几年发现的另一组具有巨大海洋的超级地球，以及今年夏天新近发现的行星，也是詹姆斯·韦布的有力目标。
但在系外行星大气层中寻找生命迹象的最佳机会将来自下一代巨型地面望远镜：39米特大望远镜（ELT）、30米望远镜（TMT）和25.4米巨型麦哲伦望远镜（GMT）。这些望远镜都在建造中，并将在几年后开始收集数据。
天文学家已经熟知生命的组成成分，但“可居住”并不意味着“有生命居住”。在研究人员在其他地方找到生命的证据之前，地球上的生命有可能是一次独特的意外。虽然宜居世界没有生命迹象的原因有很多，但如果在未来的几年里，天文学家观测这些超级宜居的超级地球却一无所获，人类可能会被迫得出结论，宇宙是一个孤独的地方。
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