類太陽恆星周圍能發現類地球行星的比例很高

文學家很好奇，到底類太陽恆星（sun-like star）旁會有多少個類地球行星（Earth-like planet）？美國賓夕法尼亞州立大學（Pennsylvania State University）和楊百翰大學（Brigham Young University）的華裔硏究生Danley 許（Hsu）和艾力·福特（Eric B. Ford）等人最新研究顯示：比例非常高，平均大約每四顆類太陽恆星旁，就會有一顆類地球行星。此處所指的類太陽恆星是指質量和年齡都與太陽近似的恆星，類地球行星則是不僅是大小與地球相彿，而且到其母恆星的距離也和地球到太陽差不多，換言之，是個環境與地球相近，適合生物居住的行星。研究人員表示：這是至今為止，針對有多少類地球行星這個研究所做過最精確的估計。瞭解這個比例，對於瞭解系外行星的形成過程，以及對科學家設計未來搜尋鄰近類太陽成恆星周圍的岩質系外行星的太空任務型態都很重要。

到目前為止，天文學家已經確認了近四千顆系外行星，其中絕大部分是由2009年發射，2018年退役的刻卜勒（Kepler）太空望遠鏡以凌日法（transit）找到的。透過行星行經其母恆星前方的凌日過程時間長短以即因凌日造成母恆星亮度變暗的幅度，配合母恆星本身的特性，天文學家可以估算出這顆系外行星的大小和它到母恆星的軌道距離等訊息，在從此推測這顆行星的質量與組成成分等資訊。但如果只是簡單的計算特定大小或軌道距離的系外行星數量並不是正確的作法，因為很可能會因此錯失離母恆星比較遠的小型行星。

為了改善這點，這些研究學者設計一套新的研究方式來模擬不同體積大小的系外行星以不同軌道距離通過各種恆星前方的狀況，以此估計刻卜勒太空望遠鏡能發現多少個行星，最後與現行由刻卜勒太空望遠鏡觀測確認、蓋亞（Gaia）太空望遠鏡後續觀測性質的系外行星表比對，最後得出每恆星可能會擁有多少行星的比例，以及行星大小和軌道會如何影響發現頻率的結論，再藉此估算先前其他研究沒有包含進去的數種影響因子。

這項研究尤其對想在類太陽恆星周圍尋找類地球行星上有無生物標記（biomarker）的研究者最重要，也影響著未來相關太空任務的設計概念。因為如果類地球行星稀少，那麼距離最近的類地球行星其實也不會太近，那這個太空任務需求規模就會增加許多。相反地，如果類地球行星很常見，那麼應該會有許多顆類地球行星是在太陽系不遠處，此時不需花很大力氣，就可以觀測到這些類地球系外行星，甚至可以詳細研究它們的大氣層，從中尋找研究生物標記。

根據許氏等人的模擬，大小在地球直徑約0.75到1.5倍，軌道周期在237到500天的類地球行星，每六顆恆星就會有一顆這樣與地球非常近似的類地球行星。他們也由此推論認為：未來的行星搜尋任務的成就，機率最低者可每觀測三十三顆恆星就能找到一顆系外行星，比例接近於四分之一，而估計機率最高者甚至是每兩顆恆星中就能發現一顆系外行星。一旦知道特定大小和軌道周期的類地球行星的發現機率後，就可以據此設計型態，以期達到最大的成功率。

賓州大學投入系外行星搜尋研究的努力相當多，例如該校系外行星和適居世界研究中心（The Center for Exoplanets and Habitable Worlds）目前正在研發的適居行星發現者號（Habitable Zone Planet Finder）是專門在低溫恆星周圍搜尋低質量行星的儀器，近期已安裝在美國德州麥當勞天文台（McDonald Observatory）霍比-埃伯利望遠鏡（Hobby-Eberly Telescope）上，並開始投入觀測。另一項建造完成的光譜儀已開始測試，未來將投入發現和測量類太陽恆星周圍低質量行星的巡天觀測中。

【圖：美國太空總署；文：節錄自台北市立天文科學教育館網頁】