北京时间2015年7月24日子夜，美国国家航空航天局(NASA)宣布开普勒(Kepler)空间望远镜在搜寻“另一个地球”的道路上取得了又一个里程碑式的发现——在一颗光谱型与太阳相同(G2V)的主序星周围的“可居住带”里发现了一颗直径是地球1.6倍的行星，被命名为Kepler-452b。虽然它不是人类发现的第一颗“可居住”行星，但其主星与我们的太阳相似度极高。考虑到行星的直径以及到主星的距离，Kepler-452b可以说是目前最有希望获得“另一个地球”称号的系外行星。

       搜寻太阳系以外的行星甚至地外生命是人类久远的梦想，是探索宇宙的“终极目标”之一。由于行星的尺度与恒星相差几个数量级，系外行星观测犹如在一盏明亮的探照灯周围寻找一只黯淡的萤火虫。

       人类第一次有确切证据发现系外行星是1992年；1995年瑞士日内瓦天文台在一颗主序星周围首次发现行星，标志着系外行星研究进入了全新的时代。

      2009年，NASA发射了专门用于搜寻系外行星的开普勒空间望远镜，以前所未有的精度对10万多颗恒星进行近乎不间断地监测，用“凌星”方法筛选出其中带有行星的恒星候选体，以进行更深入的分析。

       开普勒望远镜自升空以来不断做出重要发现，刷新着人们对行星多样性的认识。2015年以前，已知的“可居住带”行星大多是在M矮星周围发现的，然而人们更感兴趣的是在类太阳星周围存在的地球“孪生兄弟”。

       Kepler-452b的凌星信号最初是在2014年5月的一次软件测试中发现的。程序发现， 这颗恒星的光变曲线存在一个周期为384.8天、深度为200ppm、持续时间为10.5小时的“疑似”凌星信号，对应一颗直径只有地球1.1倍、表面平衡温度为221K的行星，接近液态水存在的温度范围。

       在望远镜4年的观测里，信号总共出现了4次，先前版本的软件把这个信号当作仪器误差引起的“假阳性”事件而排除了，直到新版软件对直径比较小的行星做了进一步优化，这个信号才被挑选出来，其置信水平达到了9.7σ。于是这颗恒星与许多其他被发现带有“疑似”凌星信号的候选天体一道被赋予KOI编号KOI-7016，意为感兴趣的天体，并进入了下一轮更为严格的甄别和筛选。

       接下来开普勒团队进一步确认了Kepler-452是一颗非常类似太阳的恒星，并据此得到了行星的更准确参数:半径是地球的1.63倍，轨道半长径仅比地球到太阳的平均距离大4.6%，接收到的来自主星的辐射比地球强约10%，其质量推测为地球的5倍左右, 可能是一颗“超级地球”。按照乐观的估计，Kepler-452b是一颗位于“可居住带”里的行星，也是目前为止第一颗在和太阳类似的恒星周围发现的“可居住”行星，因此NASA称Kepler-452b是地球的“表兄弟”。

       值得注意的是，Kepler-452是一颗比太阳稍老的恒星，其年龄很可能已经到达了60亿年，而它的行星预计已经在“可居住带”中停留了大约50亿年。如果这是一颗岩石行星（开普勒团队计算出了Kepler-452b属于岩石行星的可能性大约为50%），那么已经经历了足够长的时间使得生命得以产生和充分进化。

      像太阳和Kepler-452这样的恒星通过核心的氢聚变提供能量，能在主序阶段稳定燃烧100亿年左右。当核心燃料消耗殆尽，恒星半径会开始膨胀，表面温度降低，继而脱离主序成为一颗亚巨星甚至红巨星。此时恒星辐射出的能量会比温和的主序星阶段大大增加，“可居住带”的范围也必然随着时间而向外推移——届时地球和Kepler-452b的命运又将如何? 这是一个非常引人关注的问题。

      如果Kepler-452系统中不存在其他行星对它施加额外的引力作用，那么预计在35亿年后Kepler-452b就会因为温度升高而变得不再适宜居住。哪怕它是一颗岩石行星，且表面存在液态水，这些水也会由于高温而蒸发到大气中，而后被恒星的辐射光解为氢原子和氧原子。接着，氢原子会由于较轻而逃逸到太空中，多余的氧元素会与碳元素结合形成二氧化碳，反进一步加速原本已经很严重的温室效应，行星表面会变得更加干涸……如此下去，行星表面会变成一个炙热而严酷的世界，类似于我们今天所看到的金星。

      同样的事情将会发生在地球上，届时人类向地球外侧的行星——火星进行移民或许是最方便的选择。虽然人类社会目前面临许多更为迫切的问题，但无论如何，Kepler-452b的发现也大大拓宽了人们的视野。

       随着过去20年系外行星领域的飞速发展，已经有2000多颗的系外行星得到证认，以及数千颗候选体等待进一步观测。已知的系外行星系统表现出了令人瞩目的多样性，反映出行星在形成、演化过程中受到了多种复杂物理机制的影响。

       人们逐渐认识到，虽然太阳看上去是银河系中一颗普通的恒星，但太阳系却和许多已知的行星系统不同，例如除最内侧的水星外，所有大行星处于近乎相同的轨道平面上，且偏心率接近于0，暗示太阳系自形成之初未受到过外来天体的剧烈扰动，而木星凭借引力保护了地球等内行星免遭彗星的频繁撞击。所谓的“稀有地球假说”认为生命在地球上出现是一系列罕见和偶然的条件结合的产物。研究系外行星，特别是寻找类似太阳系、地球这样的行星系统，为人类提供了一个前所未有的视角认识宇宙和生命现象，激发更多关于自身命运与地球环境的思考。

本文摘编自《科学通报》2015年第25期观点栏目“NASA发现地球的‘表兄弟’——Kepler-452b”一文，作者王靓、吴晓姝、赵刚，原文网址：

http://csb.scichina.com:8080/CN/abstract/abstract518491.shtml

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