首颗适合居住的类地行星？“开普勒-22b”全面解读
近日， 参与NASA开普勒任务的科学家宣布 ，通过开普勒望远镜，他们首次在类似太阳的恒星周围，发现了可能适宜居住的新行星。这一成果的曝光，给人们引来无限的遐想，本文也将对事件中最受关注的问题，一一进行解读。
1 开普勒望远镜如何发现这颗行星？使用的这些技术和方法能有多精确？
行星本身是不发光的，因此直接观测非常困难。但是，不发光的行星如果从恒星前方经过，就会遮挡一部分星光，导致我们看到的恒星亮度在短时间内稍稍变暗，随后再恢复正常。如果这样的星光变暗现象周期性出现，至少观察到4次之后，就可以确定那里存在一颗我们看不见的行星。
开普勒望远镜就是NASA专门用这种方法来发现外星行星的探测器。自2009年升空以来，它便一刻不停地监测着大约15万颗恒星，记录它们亮度上的细微变化。如果是地球从太阳前方经过，遮挡的阳光大约会使太阳的亮度下降万分之一，而开普勒能够检测微弱到十万分之一的星光变化。
新行星“开普勒-22b”就是通过这种方式发现的——开普勒望远镜观察到那颗恒星以大约290天为周期，发生星光变暗又恢复正常的现象。根据恒星亮度的变暗幅度，天文学家确定了行星的半径，大约是地球的2.4倍；根据这一现象发生的周期，天文学家计算出了行星的轨道，确定它恰好位于那颗恒星的“宜居带”中。
2 为什么说这颗新行星可能适宜居住？
先来看看我们最熟悉的太阳系：太阳系共有8颗行星，只有地球上存在宜人的气温，使水能以液态形式长期存在于地表之上。为什么会这样？根本原因在于，地球到太阳的距离既不太近，也不太远，接受到的太阳辐射刚刚好。太阳周围能够满足这一条件的区域，就被称为“宜居带”（habitable zone）。
不同恒星的宜居带到恒星的远近并不是固定的，与恒星性质有很大关系。如果一颗恒星温度和亮度都比太阳高，宜居带就会离它稍远一些；如果温度和亮度都比太阳低，宜居带就会稍近一些。此外，宜居带也不是一个范围非常狭窄的区域。太阳系的宜居带从金星轨道外侧一直延伸到火星轨道外侧，因此严格说来，地球和火星都在太阳系的宜居带内。只不过火星质量较小，留不住浓厚的大气，后来变得寒冷而干燥，不适宜居住了。
“开普勒-22b”围绕着一颗类似于太阳的恒星旋转，这颗恒星发出的光比太阳光弱大约25%，因此那里的宜居带要比太阳系里的宜居带更靠近恒星一些。而在另一方面，“开普勒-22b”到母星的距离又比地球到太阳的平均距离近了大约15%，恰好使它舒舒服服地落在了宜居带中。因此，如果新行星的性质与地球相似，液态水就可以在那颗行星的地表上长期存在。
3 科学家无法确定这颗行星是液态的还是固态的，那是如何确定的行星表面温度是21摄氏度？
通过开普勒望远镜的观测，天文学家可以测出这颗新行星距离它的“太阳”有多远，也可以测定它的“太阳”每时每刻能够释放出多少光和热。但仅凭这两个条件，仍然无法确定行星表面的温度，因为后者不光与“阳光”的强弱有关，还与行星表面甚至大气的许多性质相关。
开普勒望远镜用来寻找外星行星的那种方法，无法测定行星的质量，也无法直接观测这颗行星，因此天文学家难以确定这颗行星是像地球这样的岩态行星，还是像木星那样的气态行星，甚至是完全不同的液态行星。至于行星拥有怎样的大气，表面由什么物质构成，就更是无从得知了。
不过，如果假设这颗行星与地球十分相似，拥有类似的陆地和海洋，还拥有类似的大气来产生温室效应，天文学家就能计算出它的平均表面温度大约是22℃左右。不过，这个数据只能算是“仅供参考”，因为存在太多的不确定因素。假设其他条件不变，只是那颗行星表面没有大气的话，它的平均表面温度就会低至-11℃。
4 这真的是NASA证实的“首颗适合居住的类地行星”吗？
这颗行星并不像国内一些媒体所传的那样，是“首颗适合居住的类地行星”。NASA的官方网站在发布这一消息时，使用的标题是“NASA's Kepler Mission Confirms Its First Planet in Habitable Zone of Sun-like Star”，正确地翻译成中文应该是“NASA开普勒计划证实它的首颗位于类太阳恒星宜居带中的行星”。
这里的“首颗”，指的只是开普勒计划证实的首颗，而非天文学家发现的首颗宜居行星。事实上，开普勒在它监测的大约15万颗恒星周围，迄今为止共发现了2326颗疑似行星的候选者，其中大小与地球接近的有207颗，超级地球有680颗，海王星大小的1181颗，木星大小的203颗，还有55颗比木星更大。
开普勒探测器必须观测到4次星光变暗，才能确定这一现象确实是由行星遮挡星光所致——这一步骤就叫做“证实”。在今年2月开普勒公布的行星候选者中，可能位于“宜居带”中的共有54颗，而此次宣布的“开普勒-22b”就是其中第一颗得到证实的行星。在目前最新公布的行星候选者中，可能位于“宜居带”中的仍有48颗。
另外，这颗行星目前尚未证实一定就是类地行星，这一点也算是以讹传讹了。
【迄今为止，开普勒探测器已发现2326颗疑似行星的候选者，但它在科学上的主要目的，可不是为了寻找适宜人类居住的星球。图片来自NASA】
5 这个发现，在学术和现实中会有怎样的影响？
开普勒探测器在科学上的主要目的，不是要寻找适宜人类居住的另一颗地球，而是要给银河系里的行星作一个小规模的“人口抽查”。换句话说，通过开普勒对大约15万颗恒星的不间断监测，天文学家想了解银河系的2000亿颗恒星中有多大比例拥有行星，拥有几颗行星，这些行星的个头及距离母星的远近又有什么统计上的分布规律。这些基本信息对于研究行星及恒星的形成都会有莫大的帮助。
因此，开普勒此次公布的这批数据中，天文学家更看重的反而是新公布的行星候选者中，各种大小的候选行星各有多少。当然，确定开普勒的首颗宜居行星也很重要，至少提供了一个确实的证据，表明银河系中适宜居住的行星并不十分罕见。这一发现也为将来更先进的观测设备提供了一个备选观测目标，到时候借助更先进的设备，我们或许能够测出这颗行星的质量，甚至分析出行星的大气成分，用更确切的数据来推断那里是否真的适宜居住。
在现阶段，这一发现的主要意义在于，它成了一个热门话题，把公众的视线引向了科学，引向了我们对未知世界的探索。同时，这也给科学家提供了一个机会，向公众展示他们的工作和成果。对未知的外星行星世界的向往，或许会在许多人心中种下一颗好奇的种子，甚至有机会萌发成对科学的热爱。
6 人类移民到这颗星球上有多大可能呢？
现有的人造航天器中，速度最快的当数正在飞向冥王星的“新视野”号探测器，它的速度目前大约是15.5千米/秒。如果以这个速度飞向600光年以外的“开普勒-22b”，大约需要1160万年才能抵达。就算是离太阳最近的恒星——半人马座比邻星，距离我们也足有4.22光年。以“新视野”号目前的速度飞行的话，抵达比邻星也至少需要8万年。因此，按照人类现有的技术水平，想要移民这颗行星的可能性几乎为零。
当然，我们无法排除人类科技出现突破的可能。或许有一天，我们造出了光速飞船，开辟了“任意门”，能够穿梭于宇宙之间。到了那时，如果观测证实“开普勒-22b”确实是一颗类地行星，确实适宜人类居住的话，那里或许会成为未来人类前往探索甚至定居的目的地。
不过到了那时，我们发现的宜居行星应该已经一抓一大把，也不在乎这一颗了吧……
