新研究宜居行星的数量变少了

　　自从开普勒太空望远镜发射进入太空以来，太阳系以外的已知行星(系外行星)的数量成倍增长。目前，在2918个恒星系统中，已确认了3917颗行星，另有3368颗行星正在等待确认。其中，大约50个轨道在他们的恒星周围的宜居带(又名＂金发地带＂)，即液态水可以存在于行星表面的距离。
　　然而，最近的研究提出了一种可能性，我们认为宜居地带过于乐观。根据最近在网上发表的一项名为＂复杂生命的有限可居住区域＂的新研究，可居住区域可能比最初设想的要窄得多。这些发现可能会对科学家认为＂可能适合居住＂的行星数量产生重大影响。
　　这项研究由加州大学河滨分校(University of California，Riverside)的美国航天局博士后项目研究员爱德华·W·施维特曼(Edward W.Schwieterman)领导，研究人员包括来自地球小组(美国航天局天体生物学研究所的一部分)、外行星系统科学中心(NExSS)和美国航天局戈达德空间研究所(NASA Goddard Institute For Space Studies)的研究人员。
　　根据先前基于开普勒数据的估计，科学家得出的结论是，仅银河系就可能有400亿颗类地行星，其中110亿颗可能围绕着像我们的太阳(即G型黄矮星)那样的恒星运行。其他研究表明，这一数字可能高达600亿甚至1000亿，这取决于我们用来定义宜居地带的参数。
　　这些结果肯定是令人鼓舞的，因为它们表明银河系可能充满了生命。不幸的是，最近对太阳系外行星的研究使人们对这些先前的估计产生了怀疑。特别是当潮汐锁定的行星围绕M型(红矮星)运行时。
　　此外，对地球上生命是如何进化的研究表明，光靠水并不能保证生命，就这一点而言，氧气的存在也不能保证生命的存在。除此之外，施维特曼和他的同事们还考虑了另外两个我们所知道的对生命至关重要的重要生物信号--二氧化碳和一氧化碳。
　　过多的这些化合物对复杂的生命是有害的，而过少则意味着早期的原核生物将不会出现。如果地球上有生命的迹象，那么基本的生命形式是必不可少的，如果更复杂，耗氧的生命形式要进化。出于这个原因，施维特曼和他的同事们试图修改宜居地带的定义，以考虑到这一点。
　　红矮星，特别是年轻红矮星的猛烈爆发，可能使它们所谓的宜居带中的行星无法居住。
　　公平地说，计算一个可居住区域的范围从来都不是一件容易的事。除了它们与恒星的距离之外，行星的表面温度还取决于大气中的各种反馈机制，例如温室效应。最重要的是，传统的可居住地带的定义假定存在＂类似地球＂的条件。
　　这意味着大气中富含氮、氧、二氧化碳和水，并通过地球上相同的碳酸盐-硅酸盐地球化学循环过程稳定下来。在这一过程中，沉积和风化作用使硅质岩变为碳质岩石，而地质活动又使碳质岩再次成为硅质岩。
　　这导致了一个反馈回路，它确保大气中的二氧化碳水平保持相对稳定，从而允许表面温度的上升(又名温室效应)。行星离宜居带的内缘越近，发生这种情况所需的二氧化碳就越少。正如施维特曼在＂麻省理工技术评论＂(MIT Technology Review)最近的一篇文章中所解释的那样：
　　但对于宜居带的中部和外部区域，大气中的二氧化碳浓度需要高得多，以保持有利于地表液态水的温度。
　　开普勒62f系外行星需要一个富含二氧化碳的大气层才能使水变成液态
　　为了举例说明，该小组以开普勒62f为例，这是一个超级地球，它围绕着一颗K型恒星(比我们的太阳稍小、更暗的恒星)运行，它距离地球大约990光年。这颗行星围绕它的恒星运行的距离与金星与太阳的距离大致相同，但恒星的较低质量意味着它位于宜居带的外缘。
　　当它在2013年被发现时，假设存在足够的温室效应，这颗行星被认为是外星生命的一个很好的候选者。然而，施维特曼和他的同事计算，与复杂的生命形式首次进化（约18.5亿年前）时地球上所存在的二氧化碳相比，它需要1000倍的二氧化碳（300至500千帕）。
　　然而，对于地球上最复杂的生命体来说，这个数量的二氧化碳是有害的。因此，开普勒62f将不是一个合适的候选者，即使它是足够温暖，有液态水。一旦他们考虑了这些生理上的限制，施维特曼和他的团队得出结论，复杂生命的可居住区域必须要窄得多，是以前估计的四分之一。
　　施维特曼和他的同事们还计算出，一些系外行星可能含有更高水平的一氧化碳，因为它们围绕着＂凉爽＂的恒星运行。这对红矮星的宜居带造成了很大的限制，红矮星恰好占宇宙中恒星的75%，被认为是最有可能找到自然界中的类地行星(即岩石行星)的地方。
　　上图描述了宜居带的边界，以及这些边界是如何受到恒星类型的影响的。
　　这些发现可能会对科学家们认为的＂潜在宜居区＂产生重大影响，更不用说恒星宜居带的边界了。正如施维特曼所解释的：
　　＂一种暗示是，我们可能不希望在围绕M矮星运行的行星上或在其宜居带外部边缘附近的潜在宜居行星上发现智能生命或技术特征的迹象。＂
　　使问题进一步复杂化的是，这项研究是对最近可能被认为适合居住的行星施加额外限制的几项研究之一。仅在2019年，就有研究表明，红矮星系统可能没有生命形成所必需的原材料，而且红矮星可能没有足够的光子来进行光合作用。
　　所有这一切都表明，我们银河系中的生命可能比以前想象的要少得多。但当然，要确定无疑地知道可居住性的限度是什么，还需要更多的研究。幸运的是，我们不必等太久就能找到答案，因为下一代望远镜将在未来十年投入使用。
　　其中包括詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)、超大型望远镜(ELT)和巨型麦哲伦望远镜(GMT)。预计这些仪器和其他尖端仪器将能够对系外行星进行更详细的研究和描述。我们将会更好地了解生命在那里的可能性有多大。