2019年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)帶給系外行星的熱度尚未褪去，2020新年伊始，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）凌星系外行星巡天衛(wèi)星（TESS，“苔絲”）的捷報(bào)讓科學(xué)家們?cè)俅畏序v：“苔絲”發(fā)現(xiàn)一顆位于恒星宜居帶的系外行星，TOI 700d （TOI：TESS Object of interest，“苔絲”感興趣的對(duì)象），大小與地球相當(dāng)。這是“苔絲”發(fā)現(xiàn)的第一顆地球大小的宜居帶系外行星。同時(shí)被發(fā)現(xiàn)的還有圍繞該恒星運(yùn)行的另外兩顆行星TOI 700b和TOI 700c。

“苔絲”發(fā)現(xiàn)的第一顆宜居帶類地系外行星TOI 700d藝術(shù)想象圖 | 圖源：NASA

相信大家最關(guān)心的就是這顆行星是否有生命？人類啥時(shí)候能實(shí)現(xiàn)星際移民？下面就隨小紫（簡(jiǎn)稱“紫”）一起和中國(guó)科學(xué)院行星科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、紫金山天文臺(tái)季江徽研究員（簡(jiǎn)稱“季”）來(lái)一場(chǎng)相對(duì)“論”。

紫：TOI 700d有什么特別之處？

季：天文學(xué)家將行星系統(tǒng)中適合生命存在的行星軌道范圍稱為“宜居帶”。這個(gè)范圍主要取決于中央恒星的類型和輻射強(qiáng)度，與中央恒星距離適中，此處的行星表面平均溫度能夠使液態(tài)水穩(wěn)定存在，可能擁有與地球類似的生命環(huán)境條件。太陽(yáng)系的宜居帶分布在金星軌道和火星軌道之間，我們的地球恰好處于其中。

TOI 700d比地球大20%左右，公轉(zhuǎn)周期為37天，距離地球100光年，是圍繞一顆M型紅矮星TOI 700運(yùn)轉(zhuǎn)的3顆行星中最靠外的一顆，它從母恒星獲得的能量約為地球所接收的太陽(yáng)能的86%，剛好能在恒星的宜居帶中維持液態(tài)水的存在。另外，對(duì)TOI 700近1年的監(jiān)測(cè)未發(fā)現(xiàn)可探測(cè)的恒星耀斑活動(dòng)，大大提升了TOI 700d的宜居性。

TOI 700行星系統(tǒng)和宜居帶（綠色）示意圖 | 圖源：NASA/TESS

紫：最近幾年常聽到“地球2.0”，有沒有可能找到和地球一模一樣的系外行星？

季：目前發(fā)現(xiàn)的系外行星都和地球很不相同，這既讓人興奮，又令人沮喪。我們一直希望找到類太陽(yáng)恒星周圍的類地行星，即所謂“地球2.0”。它們應(yīng)具有與地球極高的相似度：如“外貌特征”-即接近地球大小和質(zhì)量的巖石行星；同時(shí)擁有與地球一樣的磁場(chǎng)和大氣，可以保護(hù)生命免受星際輻射和其他小天體撞擊的危害。

“地球2.0”上可能和地球一樣存在生命，但是生命的孕育需要相當(dāng)長(zhǎng)的過程，要求恒星的壽命不少于10億年。我們知道，恒星的質(zhì)量越大壽命越短，太陽(yáng)的壽命大約是100億年，“地球2.0”圍繞的中央恒星質(zhì)量最好與太陽(yáng)相當(dāng)。當(dāng)然，恒星的有效溫度和活動(dòng)性等都會(huì)對(duì)生命存在產(chǎn)生影響。在銀河系恒星中紅矮星占70%， 這些小質(zhì)量的恒星周圍是否存在行星成為尋找宜居行星的前沿課題。然而，紅矮星紫外輻射很強(qiáng)，會(huì)使行星大氣中的水分子、二氧化碳分子發(fā)生光致電離，也有可能侵蝕和剝離行星大氣。紅矮星的壽命很長(zhǎng)，通常能長(zhǎng)時(shí)間保持較強(qiáng)的活動(dòng)性，表面產(chǎn)生耀斑，不利于生命的長(zhǎng)期演化。

目前天文學(xué)家已發(fā)現(xiàn)數(shù)十顆宜居行星，這些天體基本上均分布在紅矮星周圍。例如，距離我們最近的恒星比鄰星周圍發(fā)現(xiàn)的宜居帶類地行星“比鄰星b”（ Proxima b）上可能存在液態(tài)水，但是比鄰星頻發(fā)的耀斑為行星的宜居性帶來(lái)極大困難。

Kepler-452b是迄今發(fā)現(xiàn)的據(jù)稱“最接近地球”的系外宜居行星，它與恒星之間的距離與日地距離相近，允許其表面存在液態(tài)水。不過其直徑約為地球的1.6倍，質(zhì)量為地球質(zhì)量的5倍。要發(fā)現(xiàn)真正的“地球2.0”，依然是路漫漫兮其修遠(yuǎn)。

紫：“苔絲”和“開普勒”有啥區(qū)別？

季：“苔絲”與“開普勒”均通過凌星法進(jìn)行系外行星探測(cè)?！伴_普勒”的策略是對(duì)僅占全天0.25%的區(qū)域不間斷地監(jiān)測(cè)，在約15萬(wàn)顆恒星周圍搜尋排查；而“苔絲”則把全天劃分成了26個(gè)片區(qū)，兩年設(shè)計(jì)壽命中分別先后巡視南北半球的各13個(gè)片區(qū)，最終覆蓋90%的夜空，監(jiān)測(cè)離太陽(yáng)系較近的20萬(wàn)顆亮星。另外，“苔絲”配備了對(duì)紅光更敏感的寬視場(chǎng)相機(jī)，有利于紅矮星觀測(cè)，對(duì)運(yùn)行在紅矮星密近軌道上的巖石類行星最為敏感，可能發(fā)現(xiàn)更多的短周期宜居行星。

截至2020年1月20日，NASA官方發(fā)布的“苔絲”已確認(rèn)探測(cè)到37顆系外行星，另有1604顆系外行星候選體。預(yù)計(jì)“苔絲”將會(huì)發(fā)現(xiàn)十幾顆地球大小的類地行星和約500顆小于2倍地球大小的超級(jí)地球。

這兩個(gè)空間任務(wù)僅能發(fā)現(xiàn)特殊軌道構(gòu)型的系外行星，若探測(cè)類地行星的凌星事件需要極高的測(cè)光精度（幾十ppm），還需地面高精度視向速度儀等進(jìn)一步證認(rèn)，因此“地球2.0”的發(fā)現(xiàn)概率較低。

“開普勒”（黃色）與“苔絲”（深藍(lán)色）觀測(cè)天區(qū)對(duì)比 | 圖源：NASA

紫：中國(guó)有什么類似的系外行星空間探測(cè)計(jì)劃嗎？

季：中國(guó)也在積極部署自己的系外行星空間探測(cè)項(xiàng)目。中國(guó)科學(xué)院“空間科學(xué)（二期）”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)前瞻性布局了系外行星探測(cè)方向?！敖徱司有行茄蔡煊?jì)劃”是其中正在推進(jìn)的項(xiàng)目之一，計(jì)劃通過發(fā)射一個(gè)1.2米級(jí)口徑的高精度天體測(cè)量空間望遠(yuǎn)鏡，實(shí)現(xiàn)微角秒級(jí)星間距的測(cè)量精度，巡查太陽(yáng)系近鄰32光年外100個(gè)類太陽(yáng)恒星（“一巡”），探測(cè)宜居帶類地行星或超級(jí)地球（“二探”），普查近鄰行星數(shù)目、真實(shí)質(zhì)量和三維軌道等信息（“三察”）。該計(jì)劃預(yù)期會(huì)首次發(fā)現(xiàn)地球2.0，包括數(shù)十顆宜居帶行星和超級(jí)地球。

根據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司的發(fā)布，中國(guó)2030年前后將開展的太陽(yáng)系近鄰宜居行星太空探索計(jì)劃 ——“覓音計(jì)劃”。該計(jì)劃將通過發(fā)射空間飛行器，以直接成像的手段發(fā)現(xiàn)和證認(rèn)太陽(yáng)系外宜居行星并刻畫其宜居性。

紫：系外行星搜尋與研究的終極目標(biāo)是什么？

季：首先，回答“人類在宇宙中是否孤獨(dú)？”這一人類的千古疑問。人類渴望尋求來(lái)自其他星球的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)外星智慧生命的存在或許只是時(shí)間問題。其次，當(dāng)然可能是星際移民，尋找人類下一個(gè)適宜家園。從人類共同命運(yùn)發(fā)展的視角看，宜居行星搜尋與研究的目標(biāo)是探索人類在其他星球上生活的可能。

紫：如果將來(lái)真找到一顆和地球一樣宜居行星，人類真的能移居那里嗎？

季：尋找一顆真正的宜居行星并實(shí)現(xiàn)星際移民，首先需要對(duì)太陽(yáng)系近鄰恒星周圍行星進(jìn)行普查及對(duì)類地行星開展詳查了解其宜居性，同時(shí)發(fā)展足夠先進(jìn)的宇航探測(cè)技術(shù)作為支撐。即便如此，還有一個(gè)最根本的問題，那就是距離。最近的比鄰星b離我們4.22光年，曾造訪冥王星的“新視野號(hào)”探測(cè)器的速度約5.8萬(wàn)千米每小時(shí)，需要7.8萬(wàn)年到達(dá)。即便是目前飛行速度最快的“帕克號(hào)”太陽(yáng)探測(cè)器，以其在近日點(diǎn)時(shí)的最大速度約70萬(wàn)千米每小時(shí)，也需要6500年才能抵達(dá)。

2019年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主、天文學(xué)家迪迪爾?奎洛茲和米歇爾?麥耶雖然致力于系外行星的探測(cè)，最近在一次“氣候變化”國(guó)際會(huì)議上指出：所謂星際移民是即不負(fù)責(zé)任又徒勞的想法。好好保護(hù)地球才是王道。

輪值主編：陳學(xué)鵬

編輯：王科超、高娜