地球会不会就是黑矮星（为什么说另一颗地球）

“生活中，我们经常会谈论两个双胞胎上的是不是很像。”——罗伯特·布鲁特

一直以来，我们希望在宇宙找到地球的孪生兄弟，或是为了人类未来能走出地球，并殖民外星球，这个目标有点远，切有点不合实际；其实我们更主要的目的是为了搞清楚地球，甚至是我们人类在宇宙中的位置，并找到宇宙生命起源的方式，甚至是外星文明。为了实现以上的目的，我们在2009年发射了开普勒太空望远镜，旨在寻找地外行星，2018年开普勒退役，TESS望远镜接棒开普勒的任务。

但我们在开普勒的工作中，得到了一个重大的启发：那就是想要寻找适合生命生存的地外行星，并不一定要局限于在类日恒星周围寻找，而那些看似矮小、昏暗的红矮星周围，更有可能存在着生命的圣杯。

开普勒在运行的8年间，为我们揭示大量的所谓的类地行星，其中2015年发现的开普勒-452b，被许多人吹捧为“迄今为止最像地球的行星”，甚至称其为“地球2.0”或“地球的表哥”。因为其在很多方面于地球类似：

• 它围绕着一颗温度、质量和大小与太阳非常相似的恒星运行：一颗G2恒星，亮度几乎和太阳相同，整体寿命也差不多。

• 它与地球围绕太阳公转的周期几乎相同，距离也几乎相同：周期为385天，地球是365天。

还有一些细微的区别：

• 它所围绕的恒星比比太阳年长15亿年，因此它目前的亮度比太阳高20%，温度高10%。

• 它本身比地球略大一些，半径大约比地球大60%。

最后一点其实看起来也没什么，大60%其实也不算很大，看看我们自己的太阳系就知道了。

地球和金星之间的差距很小，不到10%。但地球和天王星/海王星之间的差异很大，这些太阳系中的小型气体世界半径是地球的四倍！

因此，这个比地球大60%的星球其实还算和地球差不多大小。但这个星球的大小仍然处在最大的类地岩石行星和最小的类地气体行星之间。

开普勒望远镜用其一生的努力告诉我们，仅仅在银河系的圆盘上就至少有170亿颗类似地球大小的行星。但是，要把这些星球当作地球真正的孪生兄弟，光有地球那么大是远远不够的！因为我们的最终目标是，找到另一个拥有某种高级生命的行星。

这就是为什么我们在寻找地球的“孪生兄弟”，我们其实是想找到一个和地球一样有生物的世界，而不是找到一颗与地球类似的行星。因为自从人类第一次真正认识到自己是谁的那一刻起，我们内心一直都在寻找一个答案，我们真的是孤独的吗？

所以我们必须在宇宙中找到类似于地球上的化学生命，哪怕是我们找到了和5亿年前地球上相似的原始生命，这也能说明在宇宙中生命十分普遍，我们人类并不特殊。

但是，在类太阳恒星周围寻找可以存在生命的行星，其实并不是我们最佳的选择，你可能会想：和我们太阳一样，不是更好吗？其实不是的，像太阳这样的恒星存在一些弊端，并不是很好的目标。

因为我们的太阳是一颗有46亿年历史的g级恒星。当你看到上图时，你可能会认为我们的太阳就是一颗很“普通”的恒星，但事实是太阳比宇宙中95%的恒星都要大！m级矮星才是宇宙中最常见的恒星类型，宇宙中每四颗恒星中就有三颗是m级恒星。此外，地球上的海洋将在十亿年后沸腾，但是m级恒星可以在稳定的温度下燃烧长达几万亿年的时间！所以，太阳这样的恒星并不是生命存在最理想的恒星。

开普勒在m级恒星周围发现了大量类似地球的行星，这些行星的表面适合液态水的存在，质量和大小合适，比其他任何行星都更“像地球”。而类日恒星周围的岩石行星，和我们太阳系的岩石行星有很大的区别，它们通常都比较大，更像一个小型气体世界。

而m级恒星本身较小，所以它们周围的岩石世界通常也比较小，看起来更像地球。

虽然m级恒星温度比较低，类地行星就需要更靠近恒星才能获得足够的温度，这样就有可能造成行星在漫长的周期内被潮汐锁定，但m级恒星也为类地行星提供了更稳定的环境，更少的紫外线辐射，更多的保护，使其免受星际空间的随机暴力撞击。

如果我们非要在类日恒星周围找地球的孪生兄弟，或者是一颗类似于地球的行星围绕着一颗类太阳恒星运行的系统。

首先，我们需要一颗像太阳一样的恒星。这意味着恒星的温度和光谱等级相同，年龄也大致相同。

因为生命的发展和进化需要一个特别漫长的过程，这意味着我们需要找到一个至少有数十亿年历史的恒星系统。但这个恒星系统也不能太过古老，因为随着恒星年龄的增长，核心中融合氢和氦的区域就会增长，能量输出以及亮度、温度也会增加。最终会导致，那些曾经适合居住的行星因为温度过高，而导致生命灭绝。

假设一颗类太阳恒星周围能存在生命的窗口期为10到20亿年，也就是恒星生命的10%。在我们的星系中大约有 4000亿颗恒星，其中大约7.6%是g级恒星，或者说和太阳属于同一类型。虽然太阳被更准确地归类为G2V星，但这仍然意味着有大约10%的g级恒星与我们的太阳属于同一类型。有大约3亿颗候选恒星。

但我们还需要这些恒星的成分与太阳相似。

上图为太阳光谱。换句话说，我们在上图中看到线条代表了元素周期表中所有不同的原子以及它们的比例。元素周期表中的元素在太阳中大量存在，而且比例非常特殊。

除了氢和氦之外的所有元素，天文学家都称其为金属。如果我们想要得到一颗类似地球的世界，就要一颗具有太阳般金属丰度的恒星。

与我们的太阳形成于同一时期的恒星中，其中很多（大约15%）的金属丰度与我们的太阳相同，下图绿色部分所示。

这意味着，在银河系中，大约有1100万颗恒星与我们的主恒星是完全一样的，拥有同样丰富的重元素，它们所拥有的行星可能会像地球一样拥有复杂的生命。

那么，在这1100万个太阳的“孪生兄弟”中，有多少颗恒星在其宜居带有地球的“孪生兄弟”呢？

在这些恒星系统中，需要形成一颗大小合适、元素丰度合适、水量合适、位置合适的岩石行星，才能被认为是地球的孪生兄弟。

你可能会想，如果中心恒星和我们太阳有一样的元素丰度，那么它所形成的行星应该和我们的太阳系有同样的密度/半径关系。

问题就在这里。在太阳系内部，确实没有比地球更大的行星。但我们所说的最像地球的开普勒-452b半径是地球的160%，但质量是地球的5倍。

那它是岩石星球吗？它肯定是有岩石地表，但它还是和地球有些区别，它的外层可能有氢氦气体包层。

当一颗行星的半径比地球大20%以上时，即使在太阳系内部，也很有可能在引力的作用下保持着宇宙中最轻的气体层（氢气和氦气）。我们从开普勒的发现中了解到了一件事情，气态巨行星和超级地球在其他类日恒星周围的恒星系统内部很常见，我们太阳系算是一个异类。

但这并不意味着Kepler-452b其表面没有液态水或生命。

可是Kepler-452b的情况可能更类似于海王星这样的星球，而不是类似地球。虽然它只比我们地球大60%，但它的质量却是地球的五倍，这意味着它有足够的引力来抓住一个氢氦层。虽然还有很多不确定的地方，但它根本不像是地球的孪生兄弟。

实际上，当我们进行了所有的估算，在银河系中可能有四万到十万个类地行星在合适的轨道上围绕着类日恒星运行。它们围绕着一颗类似于太阳的恒星，有着类似地球的轨道运行，但这些行星并不像地球，准确的说它们就是超级地球或迷你海王星。

总之，如果我们寻找地外行星的真正目的是要找到能够容纳类地生命的星球，我们最好的选择还是去寻找，处在m类恒星宜居带中较小的类地行星。

也就是说，最好的办法不是在类日恒星周围寻找类地行星，而是在其恒星周围的正确轨道上寻找类地行星。这是我们实现目标最好的方式。

因此，那些距离我们非常遥远的红矮星，可能最终掌握着我们梦想的钥匙。

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