2019年诺贝尔物理学奖带给系外行星的热度尚未褪去，2020新年伊始，美国国家航空航天局（NASA）凌星系外行星巡天卫星（TESS，“苔丝”）的捷报让科学家们再次沸腾：“苔丝”发现一颗位于恒星宜居带的系外行星，TOI 700d （TOI：TESS Object of interest，“苔丝”感兴趣的对象），大小与地球相当。这是“苔丝”发现的第一颗地球大小的宜居带系外行星。同时被发现的还有围绕该恒星运行的另外两颗行星TOI 700b和TOI 700c。

“苔丝”发现的第一颗宜居带类地系外行星TOI 700d艺术想象图 | 图源：NASA

相信大家最关心的就是这颗行星是否有生命？人类啥时候能实现星际移民？下面就随小紫（简称“紫”）一起和中国科学院行星科学重点实验室主任、紫金山天文台季江徽研究员（简称“季”）来一场相对“论”。

紫：TOI 700d有什么特别之处？

季：天文学家将行星系统中适合生命存在的行星轨道范围称为“宜居带”。这个范围主要取决于中央恒星的类型和辐射强度，与中央恒星距离适中，此处的行星表面平均温度能够使液态水稳定存在，可能拥有与地球类似的生命环境条件。太阳系的宜居带分布在金星轨道和火星轨道之间，我们的地球恰好处于其中。

TOI 700d比地球大20%左右，公转周期为37天，距离地球100光年，是围绕一颗M型红矮星TOI 700运转的3颗行星中最靠外的一颗，它从母恒星获得的能量约为地球所接收的太阳能的86%，刚好能在恒星的宜居带中维持液态水的存在。另外，对TOI 700近1年的监测未发现可探测的恒星耀斑活动，大大提升了TOI 700d的宜居性。

TOI 700行星系统和宜居带（绿色）示意图 | 图源：NASA/TESS

紫：最近几年常听到“地球2.0”，有没有可能找到和地球一模一样的系外行星？

季：目前发现的系外行星都和地球很不相同，这既让人兴奋，又令人沮丧。我们一直希望找到类太阳恒星周围的类地行星，即所谓“地球2.0”。它们应具有与地球极高的相似度：如“外貌特征”-即接近地球大小和质量的岩石行星；同时拥有与地球一样的磁场和大气，可以保护生命免受星际辐射和其他小天体撞击的危害。

“地球2.0”上可能和地球一样存在生命，但是生命的孕育需要相当长的过程，要求恒星的寿命不少于10亿年。我们知道，恒星的质量越大寿命越短，太阳的寿命大约是100亿年，“地球2.0”围绕的中央恒星质量最好与太阳相当。当然，恒星的有效温度和活动性等都会对生命存在产生影响。在银河系恒星中红矮星占70%， 这些小质量的恒星周围是否存在行星成为寻找宜居行星的前沿课题。然而，红矮星紫外辐射很强，会使行星大气中的水分子、二氧化碳分子发生光致电离，也有可能侵蚀和剥离行星大气。红矮星的寿命很长，通常能长时间保持较强的活动性，表面产生耀斑，不利于生命的长期演化。

目前天文学家已发现数十颗宜居行星，这些天体基本上均分布在红矮星周围。例如，距离我们最近的恒星比邻星周围发现的宜居带类地行星“比邻星b”（ Proxima b）上可能存在液态水，但是比邻星频发的耀斑为行星的宜居性带来极大困难。

Kepler-452b是迄今发现的据称“最接近地球”的系外宜居行星，它与恒星之间的距离与日地距离相近，允许其表面存在液态水。不过其直径约为地球的1.6倍，质量为地球质量的5倍。要发现真正的“地球2.0”，依然是路漫漫兮其修远。

紫：“苔丝”和“开普勒”有啥区别？

季：“苔丝”与“开普勒”均通过凌星法进行系外行星探测。“开普勒”的策略是对仅占全天0.25%的区域不间断地监测，在约15万颗恒星周围搜寻排查；而“苔丝”则把全天划分成了26个片区，两年设计寿命中分别先后巡视南北半球的各13个片区，最终覆盖90%的夜空，监测离太阳系较近的20万颗亮星。另外，“苔丝”配备了对红光更敏感的宽视场相机，有利于红矮星观测，对运行在红矮星密近轨道上的岩石类行星最为敏感，可能发现更多的短周期宜居行星。

截至2020年1月20日，NASA官方发布的“苔丝”已确认探测到37颗系外行星，另有1604颗系外行星候选体。预计“苔丝”将会发现十几颗地球大小的类地行星和约500颗小于2倍地球大小的超级地球。

这两个空间任务仅能发现特殊轨道构型的系外行星，若探测类地行星的凌星事件需要极高的测光精度（几十ppm），还需地面高精度视向速度仪等进一步证认，因此“地球2.0”的发现概率较低。

“开普勒”（黄色）与“苔丝”（深蓝色）观测天区对比 | 图源：NASA

紫：中国有什么类似的系外行星空间探测计划吗？

季：中国也在积极部署自己的系外行星空间探测项目。中国科学院“空间科学（二期）”战略性先导科技专项前瞻性布局了系外行星探测方向。“近邻宜居行星巡天计划”是其中正在推进的项目之一，计划通过发射一个1.2米级口径的高精度天体测量空间望远镜，实现微角秒级星间距的测量精度，巡查太阳系近邻32光年外100个类太阳恒星（“一巡”），探测宜居带类地行星或超级地球（“二探”），普查近邻行星数目、真实质量和三维轨道等信息（“三察”）。该计划预期会首次发现地球2.0，包括数十颗宜居带行星和超级地球。

根据中国航天科技集团有限公司的发布，中国2030年前后将开展的太阳系近邻宜居行星太空探索计划 ——“觅音计划”。该计划将通过发射空间飞行器，以直接成像的手段发现和证认太阳系外宜居行星并刻画其宜居性。

紫：系外行星搜寻与研究的终极目标是什么？

季：首先，回答“人类在宇宙中是否孤独？”这一人类的千古疑问。人类渴望寻求来自其他星球的联系，发现外星智慧生命的存在或许只是时间问题。其次，当然可能是星际移民，寻找人类下一个适宜家园。从人类共同命运发展的视角看，宜居行星搜寻与研究的目标是探索人类在其他星球上生活的可能。

紫：如果将来真找到一颗和地球一样宜居行星，人类真的能移居那里吗？

季：寻找一颗真正的宜居行星并实现星际移民，首先需要对太阳系近邻恒星周围行星进行普查及对类地行星开展详查了解其宜居性，同时发展足够先进的宇航探测技术作为支撑。即便如此，还有一个最根本的问题，那就是距离。最近的比邻星b离我们4.22光年，曾造访冥王星的“新视野号”探测器的速度约5.8万千米每小时，需要7.8万年到达。即便是目前飞行速度最快的“帕克号”太阳探测器，以其在近日点时的最大速度约70万千米每小时，也需要6500年才能抵达。

2019年诺贝尔物理学奖得主、天文学家迪迪尔‧奎洛兹和米歇尔‧麦耶虽然致力于系外行星的探测，最近在一次“气候变化”国际会议上指出：所谓星际移民是即不负责任又徒劳的想法。好好保护地球才是王道。

轮值主编：陈学鹏

编辑：王科超、高娜