康乃爾大學領導的研究列出了 45 顆具有宜居潛力的岩石系外行星

由康乃爾大學領導的國際天文學家團隊完成了詳細的測繪，確定了 45 顆具有支持生命存在理論條件的岩石系外行星。科學家分析了一個資料庫，其中包含已在太陽系外發現的約 6000 個世界。該研究建立了未來天文觀測的優先事項目錄。重點是位於各自恆星宜居帶內的天體。

宜居帶代表溫度允許液態水存在於行星表面的軌道區域。該研究使用了蓋亞太空望遠鏡捕獲的信息，並將這些數字與美國宇航局官方文件進行交叉引用。篩選結果經過同行評審，並發表在科學雜誌《皇家天文學會月刊》上。最終清單排除了氣態巨行星，並優先考慮與地球成分相似的行星。

天文資料選擇與分析標準

過濾過程需要對太空發現的全球目錄應用嚴格的參數。協調這項調查的研究人員麗莎·卡爾滕內格 (Lisa Kaltenegger) 將這項工作定義為現代科學的導航圖。研究小組評估了每顆行星接收到的恆星輻射，以確定其表面的熱生存能力。極端溫度消除了液態水的可能性。水是一種通用溶劑，也是已知生物學的主要要求。

天文學家整合了來自不同觀測儀器的訊息，以確保最終清單的準確性。康乃爾大學採用的方法跨越了複雜的天文物理變數。該小組制定了驗證協議，其中包括以下分析支柱：

• 來自歐洲太空總署運作的蓋亞望遠鏡的天體測量記錄。
• 由 NASA 伺服器維護的系外行星公共目錄。
• 表面溫度測量和岩石成分估計。
• 評估軌道穩定性和主星行為。
• 未來從大氣中捕獲光譜數據的潛力。

對岩石世界的偏好是基於我們太陽系的結構。具有固體表面的行星為複雜的化學反應提供了必要的基質。氣態巨行星具有極高的大氣壓力且缺乏明確的土地。然而，研究承認，外星生物可能在不同的規則下運作。麗莎·卡爾滕內格指出，生命的適應能力可能超出目前地球科學的預期。

優先恆星系統和相對距離

最終目錄重點介紹了當代天文學中最重要發現之一的目標。就距離而言，系外行星比鄰星 b 位居榜首。該天體圍繞著距離我們太陽系最近的恆星運行，距離我們僅 4.2 光年。這個宇宙鄰居使這顆行星成為未來星際探測器最容易接近的候選人。其他世界需要尚不存在的推進技術來進行實際訪問。

TRAPPIST-1 系統將最多數量的有希望的目標集中在單一空間區域。這顆紅矮星距離地球 40 光年，軌道上有七顆岩石行星。其中四個世界位於宜居帶：TRAPPIST-1d、TRAPPIST-1e、TRAPPIST-1f 和 TRAPPIST-1g。同一系統中的多種選項優化瞭望遠鏡觀測時間。天文學家可以透過將儀器指向單一座標來研究行星演化的不同階段。

該清單還包括具有特殊物理特徵的更遠的行星。系外行星 LHS 1140b 繞著一顆 48 光年外的恆星運行，因其密度和穩定的軌道而引起人們的注意。 Kepler-186f 距離我們約 500 光年，是一個歷史性的里程碑，因為它是在宜居帶發現的第一個地球大小的世界。 TOI-715b 距離我們 137 光年，在被行星凌日衛星探測到後，作為最近新增的成員出現在目錄中。

大氣觀測與新望遠鏡的作用

45名候選人的確定解決了國際天文學界的後勤問題。使用尖端設備的時間成本高達數百萬美元，並且需要提前數年安排。詹姆斯韋伯太空望遠鏡具有分析穿過這些系外行星大氣層的光的技術能力。康乃爾大學的清單準確地指出了設備應將其鏡子指向的位置。中心目標是尋找生物特徵。

生物特徵包括地球上連續生物過程產生的氣體。同時檢測外星大氣中的氧氣和甲烷將提供有機活動的有力指示。這些氣體相互反應，如果沒有持續的補充源，很快就會消失。臭氧和一氧化二氮的存在也在尋求的化學標記清單中。光譜學可以分解星光並識別地球空氣中存在的每種化學元素的獨特特徵。

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研究人員警告說，檢測到氣體並不能保證生物的存在。地質和火山過程可以在沒有任何生物幹預的情況下產生類似的化合物。此分析需要建立複雜的氣候模型以排除誤報。歐洲太空總署和美國太空總署正在致力於開發專門為此任務設計的下一代望遠鏡。目前的地圖是規劃這些未來太空任務的基礎文件。

與流行文化和另類生活方式的理論聯繫

系外行星編目的進步使嚴謹的科學更接近科幻小說探索的概念。研究員麗莎·卡爾滕內格 (Lisa Kaltenegger) 將這項研究與最近的電影作品進行了比較。電影《萬福瑪麗》展示了針對特定恆星系統的緊急任務。作品中提到了鯨魚座 T 星和波江座 40 等真實恆星。儘管這些系統沒有出現在前 45 個候選系統的名單中，但這項提及顯示了天文物理學如何影響大眾對宇宙生命的想像。

科學探索並不限於碳基陸地生物模式。天體生物學家考慮新陳代謝完全不同的生物體的生存能力。科學文獻討論了由矽構成生命形式或使用氨作為溶劑而不是水的可能性。這些替代生物化學擴展了宜居區的概念。對於傳統生物學來說太冷或太熱的行星可能蘊藏著奇怪的生態系統。

在氣候模型中納入更廣泛的容忍度使得評估極端情境成為可能。 45 顆選定的系外行星中，有些呈現同步旋轉，一側永遠面向恆星，另一側則處於永恆的黑暗中。這些星球上的生命可以在終結者地帶（永恆的白天和黑夜之間的過渡地帶）繁衍生息。這些行星上的大氣層需要有效地分配熱量，以防止全球結冰或海洋完全蒸發。

對未來航太局任務的影響

行星目錄的完善設定了未來幾十年的太空探索議程。政府機構利用這些數據來證明為新的地面和太空觀測站提供資金的合理性。 6,000 份調查結果中 45 位優秀候選人的比例提供了重要的統計依據。天文學家可以推斷這些數字來估計銀河系中宜居世界的總數。銀河係是數十億顆恆星的家園，擁有自己的行星系統。

向鄰近系統發送機器人探測器仍然是航空航天工程的長期目標。理論計畫建議使用地面雷射驅動的太陽帆在大約 20 年內到達比鄰星。 TRAPPIST-1 系統中行星的集中度使該地區成為多重探索任務最具吸引力的目的地。單一探測器可以依序飛越行星 TRAPPIST-1d、TRAPPIST-1e、TRAPPIST-1f 和 TRAPPIST-1g。

英國皇家天文學會月刊上公佈的名單將會不斷更新。新望遠鏡的發射和改進的探測技術將為目錄中添加新的世界。如果未來的觀察顯示有毒大氣或缺水，目前的一些候選者可能會失去優先地位。康乃爾大學的工作旨在為 21 世紀尋找外星生命製定第一個實用路線圖。