互动科普

生命诞生的第一要素：“存在液态水”

科学家们认为，行星上能够诞生生命的条件之一，就是“在行星表面存在液态水”。因为在地球，生命正是在海洋里诞生、进化的。

要想行星的表面有液态水存在，其与主星的距离必须在所谓“可居住带”(Habitable Zone）的范围之内。

比可居住带更靠里面的区域，由于离主星太近，行星上的水会被蒸发掉。而在比可居住带更外面的区域里，水会结成冰。也就是说只有处于一个适当的范围之内，行星上才能存在液态水。

但截止目前，在已发现的行星中，只有开普勒22b是处于可居住带的，它的主星也和太阳一样是G型星。不过，从开普勒卫星已经报告的行星候选体里，能满足同样条件的天体有10个，在后续观测中，科学家们也期待着会有更多的类似开普勒22b这样的行星出现。

 可居住带依据恒星的光度会发生变化

图中标示了太阳系和另外两个行星系统“GJ667C”、“开普勒22”的可居住带（绿色部分）。

可居住带的范围，是由主星的光度来决定的。恒星“开普勒22”是和太阳同类型的G型星，所以太阳系的可居住带和“开普勒22”行星系统非常相似（图中部和下部）。

另一方面，主星“GJ667C”是M型星，光度比G型星要弱一些，所以比起主星为G型星的太阳系来说，其可居住带的位置靠主星更近。（图上部）。

图中处于可居住带的行星有太阳系的地球和火星，开普勒22行星系的开普勒22b，以及GJ667Cc。

行星“开普勒22b”上面覆盖着水吗？

目前与地球最为相似的行星“开普勒22b”比起两颗炙热行星开普勒20e/f来要舒适得多。它处于可居住带中，估计地表温度在20℃左右。假如行星的表面有水存在的话，那里也可能有海洋存在，也许就会有生命。

开普勒22b的主星“开普勒22”和太阳一样也是G型星，光度稍微弱于太阳。开普勒22b离主星的距离也要比地球离太阳的距离近一些。因此，与炙热的开普勒20e和开普勒20f相比，它的环境应该像地球一样的舒适。

但是，开普勒22b也有和地球不同的地方。在这颗行星表面上可能只有水而没有陆地，完全被海水覆盖。

之所以这样认为，是因为开普勒22b的体积庞大。它的直径大约是地球的2.38倍，虽然具体质量还不知道，但是可以认为比地球要大。质量大的行星，重力也比较强，所以山峰也比较容易被“抹平”。因此，开普勒22b很可能是一颗具有无边海洋的“水之星球”。

在银河系中，“和地球相似的行星”有多少？

与地球相似的行星，也就是“围绕着一颗G型主星公转，处于可居住带中，而且有着地球大小的行星”的数目，在银河系中到底有多少呢？这里，就从银河系的恒星的数目出发，来计算一下“银河系内有多少类地行星”。

据估计，银河系内大约有1000亿～2000亿颗恒星，其中G型星占8%。而对系外行星的观测结果显示，截至目前为止，行星“围绕G型星公转，且与地球尺寸相仿”的概率在20%以上。进一步假设，如果其中有50%左右处于可居住带之中的话，那么“存在于银河系中，围绕一颗G型主星在可居住带内公转的，地球大小的行星”的数目，大约是10亿颗。

与地球类似的行星有10亿颗，听起来，这可是一个很大的数字。然而，欧洲南方天文台（ESO）曾声称：“根据观测结果推断，占到恒星数量80%的‘M型星’，其周围的可居住带内的岩石型行星，可能有几百亿颗。”

不久的将来，在开普勒卫星的观测结果的基础上，NASA将推算出“银河系内围绕G型主星在可居住带内公转的地球尺寸的行星”的数目。到目前为止，仅仅从银河系的极小的一部分，开普勒卫星就发现了10颗直径在地球两倍以下的行星候选体，并且也都位于可居住带内。那么，在整个银河系内“和地球相似的行星的数目”，也就可以根据开普勒卫星的观测推算出来了。

 图中上面的四个数字相乘，就能得出“银河系内类地行星的数目”。

（本文发表于《科学世界》2013年第2期）