浩瀚宇宙，是否只有地球存在生命？
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尋找地球“表親”，人類步履不停。
近期，由中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)科學(xué)家領(lǐng)銜的國(guó)際聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，在類太陽(yáng)恒星開(kāi)普勒-725宜居帶發(fā)現(xiàn)了一顆質(zhì)量為地球10倍、可能孕育生命的“超級(jí)地球”開(kāi)普勒-725c。這一發(fā)現(xiàn)為地球人尋親的漫長(zhǎng)旅程又添一筆。
這是科研人員首次利用凌星中間時(shí)刻變化（Transit Timing Variation）反演技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱“TTV反演技術(shù)”），通過(guò)分析行星引力干擾引發(fā)的微小凌星時(shí)刻變化，成功推斷并發(fā)現(xiàn)隱藏的“超級(jí)地球”。這為未來(lái)找到地球的更多宇宙“親戚”提供了一種新途徑。
利用 TTV 反演技術(shù)發(fā)現(xiàn)的“隱藏”在類太陽(yáng)恒星宜居帶內(nèi)的行星開(kāi)普勒 -725c 中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)供圖
茫茫星海覓“親緣”
人類尋找系外宜居行星的歷史，堪稱一部“宇宙家譜”的編纂史。
作為天文學(xué)的基礎(chǔ)研究前沿之一，探索系外宜居行星，關(guān)乎“地球是不是唯一一顆有生命的星球”以及“行星如何成為生命搖籃”等人類關(guān)心的重大問(wèn)題。
1995年，瑞士天文學(xué)家在太陽(yáng)系外發(fā)現(xiàn)一顆圍繞類太陽(yáng)恒星運(yùn)行的類木行星飛馬座51b，開(kāi)啟了類太陽(yáng)恒星周圍系外行星探索新時(shí)代。
30年來(lái)，全球科研人員采用多種方法從多維度探測(cè)尋找地球“表親”。截至2025年6月，人類已確認(rèn)發(fā)現(xiàn)5979顆系外行星，分布在4483個(gè)行星系統(tǒng)中，包括氣態(tài)巨行星、氣態(tài)類海王星、亞海王星、“超級(jí)地球”和類地行星等。但適合類地生命生存的行星，少之又少。
中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)研究員王曉彬介紹，在浩瀚宇宙中尋找地球“表親”，就像在茫茫人海中尋找失散多年的家人。宿主恒星的光譜型、行星的類型、行星是否位于宜居帶等關(guān)鍵信息，共同指向行星與地球的“親緣”關(guān)系以及孕育生命的可能性。
發(fā)現(xiàn)開(kāi)普勒-725c這顆“超級(jí)地球”，標(biāo)志著科學(xué)家在找尋技術(shù)上又邁出關(guān)鍵一步。
開(kāi)普勒-725c的宿主恒星開(kāi)普勒-725，是一顆距離太陽(yáng)系約2472光年的類太陽(yáng)恒星，年齡大約16億歲，與太陽(yáng)光譜型相似。中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)副研究員孫磊磊說(shuō)，“它比太陽(yáng)‘年輕’許多，表面的磁場(chǎng)活動(dòng)更為劇烈，可能帶來(lái)頻繁的太陽(yáng)耀斑等現(xiàn)象。最終能探測(cè)到活躍的開(kāi)普勒-725周圍宜居帶的‘超級(jí)地球’，殊為不易。”
開(kāi)普勒-725c的質(zhì)量約為地球的10倍，繞開(kāi)普勒-725運(yùn)行一圈大約需要207.5天，與地球一年的公轉(zhuǎn)周期相差不大。
更為重要的是，開(kāi)普勒-725c恰位于開(kāi)普勒-725的宜居帶內(nèi)。在一個(gè)行星系統(tǒng)內(nèi)，溫度適宜，可使水以液態(tài)形式存在于行星表面的范圍被稱作宜居帶。“液態(tài)水是誕生地球碳基生命的關(guān)鍵。”孫磊磊補(bǔ)充說(shuō)，開(kāi)普勒-725c是否真正具備類地生命存在的條件，還有賴對(duì)其宜居性進(jìn)一步探究。
用“心跳”捕捉隱藏行星
天文學(xué)家普遍認(rèn)為，本次“超級(jí)地球”的發(fā)現(xiàn)與研究，建立了一個(gè)發(fā)現(xiàn)類太陽(yáng)恒星宜居帶內(nèi)低質(zhì)量系外行星的新途徑，即TTV反演技術(shù)。
“找到一種新途徑，提供一種新工具，比發(fā)現(xiàn)‘超級(jí)地球’更令人振奮。”中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)研究員顧盛宏說(shuō)。
此前，天文學(xué)家主要依賴兩種方法發(fā)現(xiàn)較低質(zhì)量的系外行星。一種是視向速度法，通過(guò)檢測(cè)宿主恒星在視線方向是否被行星拖拽得輕微擺動(dòng)來(lái)發(fā)現(xiàn)行星。另一種是凌星法，通過(guò)測(cè)量行星遮擋宿主恒星發(fā)出的光來(lái)發(fā)現(xiàn)行星。由于宇宙遼闊、觀測(cè)精度不夠，對(duì)于像地球這樣體積小、軌道遠(yuǎn)離宿主恒星的行星而言，這兩種方法都很難奏效。
行星自身在可見(jiàn)光波段并不發(fā)光，主要靠反射宿主恒星的光，加之開(kāi)普勒-725c距離我們約有2500光年，相比宿主恒星開(kāi)普勒-725，開(kāi)普勒-725c十分暗淡，難以被太空望遠(yuǎn)鏡捕捉。孫磊磊介紹，直到科學(xué)家們利用TTV反演技術(shù)“揪”出它的蹤跡。
系外行星系統(tǒng)如果擁有多顆行星，行星之間的引力相互作用會(huì)對(duì)行星的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響。TTV反演技術(shù)，即是通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)中其他行星經(jīng)過(guò)宿主恒星表面的時(shí)刻相對(duì)其公轉(zhuǎn)軌道周期的微小偏離，推斷待探測(cè)行星的存在。“這類似于通過(guò)觀察時(shí)鐘走得快慢，來(lái)判斷是否有只‘看不見(jiàn)的手’在撥動(dòng)指針。”顧盛宏解釋。
TTV反演技術(shù)可有效彌補(bǔ)視向速度法和凌星法的不足。孫磊磊介紹，這一技術(shù)不需要直接觀測(cè)待發(fā)現(xiàn)行星遮擋宿主恒星的過(guò)程，也不需要測(cè)量宿主恒星在視線方向的輕微擺動(dòng)。
捕獲開(kāi)普勒-725c，驗(yàn)證了TTV反演技術(shù)的有效性，為尋找更多“隱藏”在類太陽(yáng)恒星和紅矮星宜居帶中的系外行星提供一條新路徑。
星際“串門”有多遠(yuǎn)
“宇宙尋親”并非一時(shí)熱情，而是科學(xué)界持續(xù)推進(jìn)的重要戰(zhàn)略任務(wù)。目前，“中國(guó)空間站巡天空間望遠(yuǎn)鏡（CSST）”“地球2.0（ET）”等一系列空間科學(xué)項(xiàng)目正在穩(wěn)步推進(jìn)。未來(lái)，科學(xué)家將利用更高分辨率、更廣視野的空間觀測(cè)平臺(tái)，專注于發(fā)現(xiàn)更多宜居系外行星，并對(duì)其開(kāi)展深入研究。
“此次發(fā)現(xiàn)開(kāi)普勒-725c所建立的新通道以及今后的相關(guān)研究結(jié)果，將為中國(guó)未來(lái)的空間天文任務(wù)提供新的觀測(cè)目標(biāo)和探測(cè)技術(shù)支持。”王曉彬說(shuō)。
利用TTV反演技術(shù)實(shí)現(xiàn)成功探測(cè)，為更多宜居系外行星空間探測(cè)任務(wù)提供了方法論支持。輔以大數(shù)據(jù)與人工智能輔助篩選，深空探測(cè)能力有望進(jìn)一步提升，TTV信號(hào)背后的更多“隱藏行星”或?qū)F(xiàn)身。
下一步，研究人員將結(jié)合系外行星透射光譜、發(fā)射光譜和直接成像技術(shù)等其他觀測(cè)手段，對(duì)相關(guān)宜居帶行星是否真正具備類地生命存在條件，做進(jìn)一步研究。
“我們這代人，正在打開(kāi)通向宇宙的第一扇門。”顧盛宏說(shuō)，距離真正開(kāi)展星際探索，人類還有很多的研究要做、很長(zhǎng)的路要走。
