【发现者】宜居星球，不止一颗

Q：这次美国宇航局发现的究竟是一颗什么样的行星？

A：一颗体积约为地球2.4倍，距离地球约600光年的行星。

美国宇航局12月5日对外发布消息所称的，通过开普勒太空望远镜项目证实太阳系外“第一颗”类地可适合居住的行星开普勒-22b (Kepler-22b)，是一颗距地球600光年的星星，体积约为地球的2.4倍，表面温度约为70华氏度(相当于21摄氏度)，这是适宜生物生存的温度，此外，这颗行星上还可能有液态水。这是目前被证实的从大小和运行轨道最接近地球形态的行星，它也像地球围绕太阳运转一样每290天环绕着一颗类似于太阳的恒星运转。

Q: 宇宙中的"宜居带"指的是什么区域？

A: 即行星与母恒星距离合适，使得行星吸收的恒星热量刚好能使其表面存在液态水的距离区间。

对于任何动物、植物、以至于微生物来说，都会有一个最合适其生存的地带。如果我们把地球上所有生物以及它们在不同演化阶段所需要的不同条件加以总结，将这些条件扩展到所需行星的条件、太阳的条件甚至是恒星系的条件等，就有了“宇宙宜居带”的概念。据NASA定义，处于“宜居带”的行星，意味着一颗行星与母星保持适当距离，进而为它表面存在液态水提供条件。恒星传递给行星的热量适中，行星既不会太热也不太冷。这一距离会根据母恒星的状态而改变，恒星散发热量多亮度高，这个距离就较远，恒星散发热量少，这个距离就较近。"宜居带"行星的表面温度大约介于零下17摄氏度至93摄氏度之间。

以太阳系为例：太阳系共有8颗行星，只有地球上存在宜人的气温，使水能以液态形式长期存在于地表之上。根本原因在于，地球到太阳的距离既不太近，也不太远，接受到的太阳辐射刚刚好。太阳周围能够满足这一条件的区域，就被称为“宜居带”（habitable zone）。

Q: 为什么说这颗行星适宜居住？

A: 这颗行星恰好处于其母恒星的宜居带之中。

“开普勒-22b”围绕着一颗类似于太阳的母恒星旋转，这颗恒星发出的光比太阳光弱大约25%，因此那里的宜居带要比太阳系里的宜居带更靠近恒星一些。而在另一方面，“开普勒-22b”到母恒星的距离又比地球到太阳的平均距离近了大约15%，恰好使它舒舒服服地落在了宜居带中。因此，如果新行星的性质与地球相似，液态水就可以在那颗行星的地表上长期存在。

Q: 开普勒望远镜如何发现这颗行星？评估的方法精确性如何？

A: 开普勒望远镜是通过观察恒星的星光周期性变化推测出这个行星的存在的，推测过程需要至少4次确认，准确性可以保证。

行星本身是不发光的，因此直接观测非常困难。但是，不发光的行星如果从恒星前方经过，就会遮挡一部分星光，导致我们看到的恒星亮度在短时间内稍稍变暗，随后再恢复正常。如果这样的星光变暗现象周期性出现，至少观察到4次之后，就可以确定那里存在一颗我们看不见的行星。这种方法就是所谓的“凌日法”。

开普勒望远镜就是NASA专门用这种方法来发现外星行星的探测器。自2009年升空以来，它便一刻不停地监测着大约15万颗恒星，记录它们亮度上的细微变化。如果是地球从太阳前方经过，遮挡的阳光大约会使太阳的亮度下降万分之一，而开普勒能够检测微弱到十万分之一的星光变化。即它在太空中可以发现地球上晚间一盏普通灯被关闭的光线变化。

新行星“开普勒-22b”就是通过这种方式发现的——开普勒望远镜观察到那颗恒星以大约290天为周期，发生星光变暗又恢复正常的现象。根据恒星亮度的变暗幅度，天文学家确定了行星的半径，大约是地球的2.4倍；根据这一现象发生的周期，天文学家计算出了行星的轨道，而且计算结果经过多次确认，观测精度也可以达到要求，所以结论是可以确认的 。

Q: 科学家无法确定这颗行星是液态的还是固态的，那如何确定行星表面温度是22摄氏度？

A: 22摄氏度左右的数据仅供参考，是假设该星球与地球状态十分相似，拥有相似的大气和海洋的情况下得出的。

通过开普勒望远镜的观测，天文学家可以测出这颗新行星距离它的“太阳”有多远，也可以测定它的“太阳”每时每刻能够释放出多少光和热。但仅凭这两个条件，仍然无法确定行星表面的温度，因为后者不仅与“阳光”的强弱有关，还与行星表面甚至大气的许多性质相关。

开普勒望远镜用来寻找外星行星的“凌日法”，无法测定行星的质量，也无法直接观测这颗行星的表面状态，因此天文学家难以确定这颗行星是像地球这样的“岩态行星”，还是像木星那样的“气态行星”，甚至是完全不同的、由水或者冰构成的液态行星。至于行星拥有怎样的大气，表面由什么物质构成，就更是无从得知。不过，如果假设这颗行星与地球十分相似，拥有类似的陆地和海洋，还拥有类似的大气来产生温室效应，天文学家就能计算出它的平均表面温度大约是22摄氏度左右。但这个数据只能算是“仅供参考”，因为存在太多的不确定因素。假设其他条件不变，只是那颗行星表面没有大气的话，它的平均表面温度就会低至-11摄氏度。

Q:这颗行星真的是如媒体所报道的经NASA证实的“首颗适合居住的类地行星”吗？

A: 不是，这只是通过“开普勒计划”证实的首颗宜居行星，并非天文学家发现的首颗宜居行星，类地行星的说法更是以讹传讹。

这颗行星并不像国内一些媒体所传的那样，是“首颗适合居住的类地行星”。NASA的官方网站在发布这一消息时，使用的标题是"NASA's Kepler Mission Confirms Its First Planet in Habitable Zone of Sun-like Star"，正确地翻译成中文应该是“NASA开普勒计划证实它的首颗位于类太阳恒星宜居带中的行星”。

这里的“首颗”，指的只是开普勒计划证实的首颗，而非天文学家发现的首颗宜居行星。事实上，开普勒在它监测的大约15万颗恒星周围，迄今为止共发现了2326颗疑似行星的候选者，其中大小与地球接近的有207颗，超级地球有680颗，海王星大小的1181颗，木星大小的203颗，还有55颗比木星更大。

开普勒探测器必须观测到4次星光变暗，才能确定这一现象确实是由行星遮挡星光所致——这一步骤就叫做“证实”。在今年2月公布的行星候选者中，可能位于“宜居带”中的共有54颗，而此次宣布的“开普勒-22b”就是其中第一颗得到证实的行星。在目前最新公布的行星候选者中，可能位于“宜居带”中的仍有48颗。早在2007年科学家就已经发现可能适宜居住的行星了，而且距离地球也更近，只有20光年。

另外，这颗行星目前尚未证实一定就是“类地行星”，这一点也算是以讹传讹了。

Q: 这个发现，在学术领域和现实中会有怎样的影响？

A: 学术意义重大，现实意义仅限于提高公众对天文的兴趣。

开普勒探测器在科学上的主要目的，不是要寻找适宜人类居住的另一颗地球，而是要给银河系里的行星作一个小规模的“人口抽查”。换句话说，通过开普勒对大约15万颗恒星的不间断监测，天文学家想了解银河系的2000亿颗恒星中有多大比例拥有行星，拥有几颗行星，这些行星的个头及距离母星的远近又有什么统计上的分布规律。

这些基本信息对于研究行星及恒星的形成都会有莫大的帮助。因此，开普勒此次公布的这批数据中，天文学家更看重的反而是新公布的行星候选者中，各种大小的候选行星各有多少。当然，确定开普勒的首颗宜居行星也很重要，至少提供了一个确实的证据，表明银河系中适宜居住的行星并不十分罕见。这一发现也为将来更先进的观测设备提供了一个备选观测目标，到时候借助更先进的设备，我们或许能够测出这颗行星的质量，甚至分析出行星的大气成分，用更确切的数据来推断那里是否真的适宜居住。

在现阶段，这一发现的主要意义在于，它成了一个热门话题，把公众的视线引向了科学，引向了我们对未知世界的探索。同时，这也给科学家提供了一个机会，向公众展示他们的工作和成果。对未知的外星行星世界的向往，或许会在许多人心中种下一颗好奇的种子，甚至有机会萌发成对科学的热爱。

美国宇航局华盛顿总部的开普勒项目科学家道格拉斯·赫金斯说，“这是发现地球的双胞胎之旅上的一个重要里程碑。”

Q: 人类移民到这颗星球上有多大可能呢？

A: 现阶段看，几乎不可能。

现有的人造航天器中，速度最快的当数正在飞向冥王星的“新视野”号探测器，它的速度目前大约是15.5千米/秒。如果以这个速度飞向600光年以外的“开普勒-22b”，大约需要1160万年才能抵达。就算是离太阳最近的恒星——半人马座比邻星，距离我们也足有4.22光年。以"新视野"号目前的速度飞行的话，抵达比邻星也至少需要8万年。因此，按照人类现有的技术水平，想要移民这颗行星的可能性几乎为零。 [详细]

Q:距离600光年，即观测到的行星状态是600年前，现在这颗行星会有什么变化吗?

A:没有意外的话，应不会有变化。

600年相对以千万年为单位的地质时间来说只是非常短的一段时间，而且这颗行星的母恒星也处于比较稳定的状态，如果没有意外，这颗行星的状态应该不会有巨大的变化。（特邀撰稿：虞骏 果壳网频道主编）