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一个超级地球应该最大多大才能保持“宜居”？

一位艺术家创作的超级地球概述图图片来源：美国国家航空航天局/喷气推进实验室-加州理工学院

在目前发现的几千个系外行星之中，“超级地球”是最普遍的。这种行星比地球大，比海王星小，其中有些在它们母星的宜居带中。这说明这些行星上的一些条件可能适合其表面上存在液态水。

但这些巨大的岩石行星究竟有没有能够支持生命存在的条件？或者，生命是否只会出现在像地球一样的较小的行星中？当然，我们最后只能通过未来的观测来获得一个确定的答案，但是在这之前，这个问题给我们了一个很完美的机会——这个机会使我们可以探索并扩展我们对于生命究竟可以在哪里找到家园的理解。

Defining habitability 何为宜居？

首先，我们要弄清楚所谓“宜居”的含义是什么，因为我们的太阳系中的有些野生的世界远远超过了我们认为正常的范围。毕竟没有任何一个别的已知的行星和地球十分相像。

我们太阳系中其他的小型岩石星球要么就是贫瘠的荒地（比如水星和火星），要么就是噩梦般的地狱（比如金星）。那些有着又厚又致密的大气层的气态巨星不在考虑范围内。然而他们有些冰冻的卫星在其坚硬的外壳下存储着大量的液态水，所以它们可能是太阳系中另外的能给生命提供家园地方。但是目前为止，我们要把讨论的话题限制在长相上和地球相似的行星。

这就意味着，当我们调查那些超级地球的时候，我们需要找到长像和行为（最好也有气味）都和我们的星球十分相似的行星。这包括在恒星的宜居带中，这样才能保证行星上的温度刚刚好以及行星上的大气层不稀薄但也没有过厚。液态水也要存在于这样的行星的表面上，而不是被封在冰冻的地壳下或者沸腾成为了水蒸气。最后，它们必须要有一个磁场来保护大气层和液态水不被太阳风暴持续的残酷攻击侵蚀。

当然，要想让一个地方真正宜居，需要的条件还有非常多。但是如果没有这些基本的条件，那么这个外星世界基本不可能有东西成活，所以先从考虑这些基本条件开始是一个不错的决定。

Picking the right size planet 多大的行星？

天文学家一般会把任何大小在与地球相同到为地球十倍的行星划分为超级地球。他们倾向于叫比上述标准还大的行星为小海王星，但是这个过于清晰的明显界限其实掩盖了很多对于判断宜居性的重要细节。

显然地，和地球大小更接近的星球更可能是宜居的，因为我们默认这样的行星和地球非常相似。相同地，如果这个行星和海王星的大小更加相似，那可能这个地方并不是一个生命能够找到落脚地的地方。这是因为海王星根据上文的定义，整体来讲并不是非常宜居。

随着行星的质量增加，由于引力的影响，它的核心就更能保持一个厚重的大气层。最终，那个行星上就会有如此厚的大气层以至于“气态巨星”能够比“岩石行星”更好地形容它们。不幸的是，我们缺乏一个能划分这两个极端的明显界限，而超级地球的存在则把这两个极端连接到了一起。

所以，行星的旋转轨道也非常重要。如果一个行星离它的母星太近了，那么不论这颗行星的大小，它都会被烧焦。以轩辕增十九为例。它是一个距离地球五十五光年的岩石超级地球，并且是地球的八倍重。但是因为它距离它的母星太近了，它只是一个融化的岩浆球。

与此同时，行星TOI 270c更小，大约是地球的七倍重。但是它距离它的母星有如此远以至于它几乎是完全由气体组成的。这使得它比起超级地球，其实更像一个小海王星。

The contenders “最宜居星球”大赛的冠军？

最终，一个宜居的超级地球需要有一个正好的密度，因为这说明它没有过多的岩石或者过多的气体。就算这么说，这也仅仅是一个猜测——毕竟天文学家对于任何特定的一个地外行星的了解都很有限。

以格利泽581c为例，它离我们只有大概二十光年远。这个地外行星大概是地球质量的5.5倍，并且处在这颗行星的宜居带内。但是天文学家只知道它的质量，而不知道它的半径，所以他们不能判断这颗行星的密度。在那个轨道和那个质量，这颗行星可以是一个很典型的岩石星球，或者完全由固态铁组成。或者它可以是一个很小的气态行星，甚至可能由钻石组成。

而对于任何地外行星的磁场了，这只能完全依靠观测了。科学家们认为比地球更大的行星有可能包含一个强磁场，但想要确定这个磁场是不可能的事情。比如金星和地球的大小差不多，但是只有地球有很强的磁场。

我们并不能理解外星球的宜居带。

也许最有可能是一个宜居的超级地球是LHS 1140b，这颗行星距离地球49光年远。它大约宽为地球的1.6倍，但是有着地球重量的6.48倍。它在距离它母星极近的轨道运行着，甚至绕母星旋转一周只需要25天。但是由于那颗恒星是一个红巨星，这颗行星仍在母星的宜居带内。

LHS 1140b的大气模型证明了这个星球上有着一个厚重的大气层来环绕一个全是液态水的海洋的可能性。但是也许只有通过比如詹姆斯·韦伯望远镜的精细观察才能告诉我们这颗行星是否真的是宜居的。在这之前，这颗行星是可能容纳生命的最大的星球。

BY:Paul Sutter

FY:Sumyee

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