【导语】

康奈尔大学天文学家联合多家机构，利用欧洲航天局（ESA）盖亚任务和美国宇航局（NASA）系外行星档案数据，构建了一份类地系外行星宜居性目标清单。研究识别出45颗位于经验宜居带的类地系外行星，以及24颗位于更狭窄三维宜居带的行星，为未来搜寻地外生命提供了更具针对性的观测目录。

系外行星样本快速增长带来新机会

研究团队指出，近年来多项地基和空间观测项目显著增加了已知系外行星数量，目前已超过6000颗。在此基础上，天文学家开始尝试利用这一庞大样本，系统建立可用于经验性检验宜居带边界的观测目标列表。

所谓“宜居带”，通常指行星表面在特定条件下可能存在液态水的恒星周围区域。论文作者表示，随着可观测行星数量的增加，有条件通过实际观测来检验这一概念中各项假设的适用范围和边界位置。

两类宜居带：经验定义与三维保守模型

在最新研究中，团队首先基于现有观测数据，筛选出45颗位于“经验宜居带”的类地系外行星。该宜居带定义相对宽泛，反映的是从观测和理论综合推断出的可能适宜液态水存在的区域。

在此基础上，研究人员进一步采用更为保守的三维模型，对行星在失去宜居性前可承受的热量上限作出更严格假设，确定出24颗位于这一“三维宜居带”的行星。作者称，这一更窄的区域有助于从理论上更谨慎地界定潜在宜居世界的范围。

多颗知名系外行星入选

入选行星名单中既包括广为人知的目标，也涵盖了一批此前相对少被关注的行星。

较为知名的行星包括：

• 比邻星b
• TRAPPIST-1f
• 开普勒186f

同时，一些此前讨论较少的行星也被纳入，如TOI-715b等。

研究团队特别提到，距离地球约40光年的TRAPPIST-1d、e、f和g，以及距离约48光年的LHS 1140 b，是本次目录中最具研究兴趣的目标之一。这些行星是否能够维持液态水，在很大程度上取决于它们能否长期保持大气层。

光照条件接近地球的目标

研究还筛选出一批从母恒星接收光照与现代地球从太阳接收光照最为接近的行星。这一子样本包括：

• 凌日行星：TRAPPIST-1e、TOI-715b、开普勒1652b、开普勒442b、开普勒1544b
• 通过径向速度法探测、使恒星产生“摆动”的行星：比邻星b、Gliese 1061d、Gliese 1002b、Wolf 1069b

研究人员认为，这些行星为比较不同恒星系统与地球环境的异同提供了重要参照。

探索宜居带内外边界

作者表示，希望通过本次识别出的位于宜居带边缘的行星，帮助厘清宜居性的“终点”，并检验现有关于宜居带边界位置的理论是否与观测结果一致。

康奈尔大学的Lisa Kaltenegger教授指出，宜居带概念自20世纪70年代提出以来不断发展，但新的观测对于判断是否需要调整其中的一些关键假设仍然至关重要。

研究还关注轨道偏心率较高、轨道呈明显椭圆形的系外行星。团队认为，这类行星可用于追踪行星所受辐射通量随轨道位置变化的影响，从而探讨行星是否必须始终处于宜居带内，或在周期性进出宜居带的情况下仍可能保持宜居。

在宜居带内侧边界方面，能够进行凌日观测、用于测试高辐射环境下宜居性极限的行星包括：

• K2-239d
• TOI-700e
• K2-3d

通过径向速度法探测、位于内侧边界附近的行星则包括Wolf 1061c和Gliese 1061c。

在宜居带外侧极寒边界方面，TRAPPIST-1g、开普勒441b和Gliese 1002c被视为关键观测目标。

为未来大型望远镜提供“优先名单”

参与研究的旧金山州立大学研究生Gillis Lowry表示，目前尚难以界定哪些具体因素会显著提高生命存在的可能性，但明确观测优先顺序是关键的第一步，本项目的目标即在于指出最值得投入观测资源的目标。

研究团队还根据不同观测技术的特点，为各类仪器标注了“最佳行星”目标，以提高在这些行星上探测潜在生命迹象的效率和成功率。

这份目录预计将为多台现役及规划中的大型望远镜提供参考，包括：

• NASA/ESA/CSA詹姆斯·韦伯空间望远镜
• 即将发射的南希·格雷斯·罗曼空间望远镜
• 极大望远镜
• 宜居世界天文台
• 拟议中的大型系外行星干涉仪（LIFE）项目

Lowry表示，对这些小型系外行星开展观测，是确认其是否拥有大气层的唯一途径之一，同时也有助于天文学家进一步收紧对宜居带范围的约束。

论文发表信息

相关研究论文题为《探测宜居性的极限：宜居带内类地系外行星目录》（Exploring the Limits of Habitability: A Catalog of Terrestrial Exoplanets in the Habitable Zone），作者为Abigail Bohl等。论文发表于《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）第547卷第3期，文章编号stag028，DOI为10.1093/mnras/stag028。