如何看待 NASA 在早期开普勒数据中发现新的地球大小的宜居带中的星球？

heartweb

Kepler 1649c： Earth-Size, Habitable Zone Planet Found Hidden in Early NASA Kepler Data [图片]
作者：一点资讯

爱宇婷疤

本次新发现的Kepler-1649c，大小是地球的1.06倍，环绕一颗M型恒星（红矮星）Kepler-1649，公转周期19.5个地球日[1][2]。
地球 vs Kepler-1649c。来源：Credits: NASA/Ames Research Center/Daniel Rutter
基本上，这就是我们目前对某颗系外行星的全部认知和全部想象依据了。

距离母恒星不近不远，因此在不冷不热的表面温度范围内 → 宜居行星大小和地球相当 → 超级地球

综合来说，尽管这颗行星在大小和温度上和地球比较近似，但总体来说可能还不足以和之前的地球2.0，Kepler-452b一战，别的不说，人家的公转周期就和地球接近，而且人家和地球一样，是环绕着一颗G型恒星（黄矮星）的[3][4]。
地球 vs Kepler-452b。来源：NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pyle & W. Stenzel


要知道，环绕温度更高的黄矮星或者橙矮星的宜居行星们可比环绕红矮星的舒服多了，温度更高的恒星，意味着宜居带更远更宽，而环绕一颗红矮星宜居行星则往往意味着这颗行星很可能已被潮汐锁定（不过目前Kepler-1649c似乎并没有提到是否被潮汐锁定这点）——一面永远面向炙热的“太阳”，一面永远背对着“太阳”，这是不利于生命诞生和繁衍的。
地球 vs Kepler-452b。来源：Credits: NASA/JPL-CalTech/R. Hurt


当然，红矮星也有优势，红矮星数目更多，温度越低的恒星寿命也越长，这意味着红矮星周围能发现的宜居行星数目会更多，也有更长的时间可以允许系统里的行星上发育出生命。但由于红矮星发出的可见光比太阳光要弱，而紫外线和X射线却很强，沐浴在强烈的紫外线和X射线之下不知道会不会有别样的生命能够适应，至少光合作用是不太可能了。
环绕红矮星的Kepler-1649c。来源：[2]


不过，Kepler-452b因为开普勒探测器过低的信噪比也受到了强烈的质疑，需要进一步的观测来验证[5]。


但坦白讲，随着观测能力的提升，这样的行星将会越来越多。只要我们找到的够多，这个不是，那个也会是的。
以前我们强调这些，是因为满足这些条件的行星稀有，但在我们可以看到的不久的将来，满足这些条件的系外行星将多的数不过来。
也就是说，随着我们发现越来越多“宜居行星”和越来越多“超级地球”，这些词注定要很快失去它们的“光环”和背后所赋予的过于美好的想象，我们必须重新思考：对于系外宜居星球，我们到底在寻找什么？


毕竟，撇去“宜居行星”“超级地球”这样的用语所带来的的“暗示”，事实上所谓的“宜居行星”离我们日常通过字面理解/想象出的“适宜生命居住的星球”这种意思还差太远。
说白了，宜居行星（habitable planets）其实只是一个温度上的限制，这个限制条件由两个因素决定：恒星的辐射能量和行星距离恒星的距离——恒星温度越高，行星距离恒星越近，温度就越高；反之则越低，所以不同类型的恒星，匹配的“宜居行星带”位置和范围是不一样的[6]。
FGKM型主序星的宜居带范围
宜居行星（habitable planets）还有一个私以为更恰当的名字，叫做金凤花行星（Goldilocks planets），从某种程度上来说，这个词可能比“宜居行星”会少一点误解，因为这个词要更含糊一些。金凤花行星得名于19世纪的英国童话故事《金凤花和三只熊》，这个故事中国孩子可能也听过，讲的是一个叫做金凤花的小女孩在森林里进了熊爸爸、熊妈妈和小熊的家里，感受了不同硬度的椅子和床，品尝了不同烫度的粥，从中找到了她觉得“刚刚好”的那种——所谓“宜居行星”，也只是在某种限定要求之下的那些“刚刚好”的行星。
金凤花和三只熊
至于这种“刚刚好”是不是对生命刚刚好，这不一定。所谓满足“宜居行星”标准的，顶多只能说是【我们】理解中的适宜生命居住的一个前提条件而已。
甚至，我们都不知道这仅有的一点必要条件算不算必要的，毕竟我们也不知道：生命真的需要水么？生命真的必须是碳基的么？一颗行星/卫星表面or次表面的热量一定要通过恒星的辐射来提供么？如果不一定的话，那么通过恒星温度和距离计算的行星表面温度，就和行星上生命的诞生完全没有充分或者必要关系了。
总之，别激动。在不久的将来，“宜居行星”“超级地球”简直不要太多，但这类行星上能否真的孕育生命还很难讲，反过来说，不在“宜居带”范畴内的星球上，也未必就一定不能孕育生命。
哪怕在我们的太阳系内，我们不也已经在逐渐把更多寻觅生命的热忱从位于宜居带中的火星转移到了压根不在宜居带的木星和土星的卫星上了么——巨大的潮汐加热作用，冰下的液态海洋，海底的水热活动，喷泉中的有机物……想象一下，一个深海热泉口附近孕育的生命天堂它不香么？至于太阳？可能也没那么重要。
土卫二的水热活动。来源：NASA/JPL-Caltech/Southwest Research Institute


拓展阅读
开普勒太空望远镜燃料耗尽正式退役，如何评价它对人类探索宇宙的贡献？haibaraemily的行星科学回答和文章目录…

麦子971

这是目前为止系外行星里发现的最像【地球v2.0】的行星了


各种参数和地球不完全一样，但是已经非常非常相似了！
根据4月1日在顶级天文学杂志ApJ上的文章“A Habitable-zone Earth-sized Planet Rescued from False Positive Status”[1]。 Andrew等人发现了一个在宜居带的行星，也就是Kepler-1649c。它位于Kepler-1649（KIC6444896/KOI 3138）星系的宜居带[2] [3]。


简单介绍一下宜居带的概念，不同的恒星有不同的大小，在不同时期有不同的辐射量。
每一个恒星附近都存在一个区域，在此区域内运行的恒星可以得到适量的辐射，不至于太热也不至于太冷。比较强的恒星，宜居带离得比较远，比较弱的恒星，宜居带比较近，比如下图中的绿色区域：
也就是说，宜居带这个概念，是从温度考虑的存在生命的最低要求


这次发现的这个行星Kepler-1649c，它的尺寸是地球的1.06倍，它环绕的恒星是一颗红矮星，质量只有太阳的0.1977倍。
通过光变曲线可以测量行星环绕太阳的周期[4]
行星在环绕恒星运动的时候会周期性地遮挡恒星，我们可以通过恒星被遮挡的周期来推测相应行星的公转周期。


Kepler-1649c的绕周期是19.5个地球日，所以这个行星上的“年”就是19.5个地球日。
原文图1


它还有个兄弟行星 Kepler-1649b环绕周期是8.69天。


根据观测计算，它接收到的来自其红矮星的辐射是地球接收到太阳辐射的74%左右，这决定了它的等效表面温度大概是234+-20开尔文，也就是-39摄氏度上下，约等于南极圈左右的水平。


原文图2




Kepler1649c稳定地运行在在宜居带内，而Kepler1649b则离恒星太近，导致接受的辐射能过多，是一个过热的星球。
图中可以看出，行星Kepler1649c的轨道半径大概是0.1个AU，也就是0.1个日地距离。所以这个是一个【日地系统-mini】。
题外话：

值得一提的是，Kepler早在2018年就退役了，而且这个这次所用的数据是2010年-2013年的数据。那为什么到现在才找到全新的宜居星球呢？
一个可能的原因就是人们过于相信自动化的结果。


就是这个Kepler项目在寻找系外宜居行星的时候开发了一个自动搜寻的算法，代号Robovetter


（代码已经开源[C++]，深度玩家可以下下来玩玩[5]）
这个算法就是用自动搜索标记来帮助天文学家们对于Kepler探测器采集到的大规模数据进行处理。
但是这个Kepler 1649c之前被Robovetter标记为“False Positive”（误报），也就是说从观测上来讲这个天体表现出了一些是Kepler 1649c 的行星的一些特征，但是被自动算法Robovetter标记成了“不是行星”。
然后Andrew等人这个团队就手动检查所有被标记成“误报”的天体，就发现了Kepler1649c。


这个故事告诉我们，不要过于相信算法，不要过于相信自动处理，不要忽视“manually”（人工）的力量。


补充：
Kepler-1649c距离地球300光年。




=========
其他创作的分类整理：
精选 射电 编程 太阳物理 科研目录

tcbxh2008

我个人觉得这次意义表明类似在恒星宜居带地球大小的行星可能并不罕见，给地外生命带来了更多可能性，提升了人类对这个世界的认知。毕竟刚开始人类的探测技术只能发现木星那样的大块头，又大又靠近恒星的行星做容易被检测到，一度太阳系外行星的新闻被热木星刷榜，现在随着检测、分析技术改进逐渐能更好的搜索离恒星相对远、个头小的行星了。此外也感叹不只有科幻美好，真实的宇宙也很丰富多彩并不像很多人想象的那么单调，相信随着技术进步会有更多迷人神奇的新发现。
公众可能更关心上面有没有生命、是否适宜人类居住、能不能作为人类新家园这些问题。我来简单谈一下自己看法。首先目前已知Kepler-1649c围绕着一颗一颗红矮星也就是M型光谱主序星公转，红矮星因为其质量小核聚变反应速度慢加上整颗恒星都是对流的，所以不会出现氢聚变产生的氦堆积在核心增加核心密度，进而导致聚变反应速度提升最后膨胀成红巨星也不会有氦闪，寿命也很长很长可达万亿年之久。我想如果那颗行星上有智慧生命恐怕不会想到拍《流浪Kepler-1649c》。
但是红矮星的缺点同样很明显，红矮星往往恒星活动剧烈频繁，动不动耀斑爆发等，抛出大量高能粒子、释放强X射线等辐射，如果Kepler-1649c有磁场保护那么抛射的那些高能粒子猛烈撞击地磁场会产生强烈同步辐射导致EMP那样的效果。红矮星由于本身光度弱能量低宜居带很靠近恒星进一步加剧了这点。还有就是距离太近导致的潮汐锁定和强烈的潮汐加热，前者意味着自转和公转周期同步，就像月球正面永远对着地球一样。Kepler-1649c很可能一面永远白昼一面永远黑夜，这导致剧烈的温差，正面酷热背面严寒只有明暗交接线附近宜居，同时因为温差大气流动可能剧烈有狂风吹袭。而潮汐加热会让火山、地震频发。这些因素都会给生命演化带来干扰。
我认为Kepler-1649c可能有生命但很难有高等生命，智慧生物（外星人）更不可能。当然取决于其后续观测例如大气密度和成分、表面物质等。环境对人类也并不宜居，还有Kepler-1649c距离我们大约300光年，太远了。30光年内都有不少潜在好选择为啥要去那么远而不友善的环境自虐？
扩展阅读
人类如果要星际旅行，目前哪些问题还没有解决？应该怎么样解决？

如何看待在高中生纠错下，NASA 发现地球大小的宜居行星 TOI 700d？对我们有什么影响？太阳系附近，哪个恒星系是最有优先殖民价值的？

XY890

在科学家们发现了地球的众多大表哥之后，我们终于又迎来了一位堂哥！
这次的地球堂哥可以说跟地球真的是非常像了，不仅“三围”接近，而且“体温”也非常相近。
但是，他们还是有很大的不同，那就是拥有完全不同的太阳。
地球之阳是黄矮星（请原谅我继续用这个古老的称呼），1649c之阳则是红矮星。
然而，让我们换个角度想一下，人类的下一个太阳，何必非得是一颗黄矮星呢？
与黄矮星相比，红矮星虽然“年轻”时更为暴戾，强大的超级耀斑和周期出现的巨大黑子对宜居带行星上的文明来说，可能是致命的，但是随着岁月的推移，红矮星的超长待机性能将逐渐凸显出来。
因此，如果未来人类能够爬出太阳系这个温暖的摇篮，去寻找下一个宜居行星的时候，需要的很有可能恰恰就是这样一颗红矮星，以及处于它宜居带的地球堂哥。
千万别忘了，横亘在人类恒星际殖民之路前面的最大障碍——时间。
未来，也许我们不得不接受0.03c以下的龟速宇航能力，10至300光年的航程就意味着数百甚至数万年的时间消耗。
然而令人更加绝望的是，从探索、接触、开荒到殖民的整个过程，则很可能意味着数百万甚至数十亿年的时间消耗。
到那时，300光年范围内的黄矮星可能早已纷纷进入暮年，超长待机的红矮星才是人类文明的归宿。
那个时候，银河系中的不少红矮星已经过完了“青春期”，逐渐趋于平和，因此，更加适合人类殖民。
当然，一个关键的前提是，人类文明本身也要有超长待机能力，不要被一波小小的病毒铲平，也不要被内部的争斗碾压。
未来，还很漫长；
深空，无限可期。
何必苦争这眼前的丁点儿能量？


（20200417更新）
目前为止，已发现的地球“堂哥”有三个，他们是：
1、开普勒-186f，1.11倍地球半径，温度与火星相仿，距离地球492光年，恒星待机时间较长（0.54倍太阳质量）；
2、开普勒-438b，1.12倍地球半径，温度比金星略凉，距离地球473光年，恒星待机时间较长（0.54倍太阳质量）；
3、开普勒-1649c，1.06倍地球半径，（昼半球）温度与地球极地相仿，距离地球300光年，恒星待机时间超长（0.2倍太阳质量）。
由此可见，这次发现的开普勒-1649c各方面的条件，真算是非常不错的了。
要知道，只要人类具备了恒星际殖民的能力，行星上有没有水（没有水可以带一颗含水量大的卫星过去啊）、地表温度是不是适宜（住地下开空调嘛）、有没有大气层（保持殖民地气密性呗），都不是关键，相比之下，星际距离、恒星待机时间、重力指标更加重要。