kepler(kepler女团)

太阳在我们的太阳系中无疑是最热的存在，其表面的温度高达惊人的5,500摄氏度。与之相比，地球显得相对“温和”，其表面平均温度仅约为15摄氏度。

但是，如果我们将目光投向其他恒星系，就会有惊人的发现——部分行星表面温度直接超过它们附近的恒星！

那么，最热的行星有多热呢？据科学家测量，最热的行星表面温度可能已经超过太阳，听起来是不是十分不可思议？

首先，我们来分析一下恒星和行星之间的区别。恒星和行星是两种不同的天体，行星是不具有发光发热功能的，因为它是一种绕着恒星运行的天体，只能通过恒星来获得能量。而恒星则是可以通过核聚变反应自发地发光发热的天体。

另外，恒星通常比行星大得多，质量也更大，因为它们需要足够的质量才能产生核聚变反应。行星则通常比较小，由岩石、冰或气体组成。此外，恒星有自己的光谱和亮度，而行星则没有。

据最新研究表明，最热的恒星表面温度已经超过20万度，你能想象吗，还有一种比恒星还热的行星？是的，这不是开玩笑，科学家们已经发现了一些行星的表面温度竟然高达数千度！比很多小恒星更热。说实话，这让人不得怀疑它们到底是恒星还是行星？

就像地球，它也是存在地热的，那这个热是从哪来的呢？地球的地热主要是来源于放射性衰变以及行星形成时的残余热量，但与恒星聚变反应相比，这些热量简直不值一提。就连像木星这样的行星，它的内核温度也只有上万度左右。相比之下，太阳内部的温度高达1500万度，能把一切都烤焦。

只有当行星的宿主恒星比它更热，行星才能够比其他部分恒星热，即使是一个最小的红矮星，都不要小看它，其表面温度都是有两三千度的，可想而知行星有这么高的温度，宿主恒星温度得有多高才能实现。不过话说回来，想要发现行星，可不是找一个光芒四射的恒星就好了。

因为通过研究我们发现，超过半数的系外行星被发现时都是和太阳相似大小的恒星附近，相比其他恒星来说，它们的温度是比较低的，亮度也不高，像是个默默无闻的小角色，但是它们周围存在行星的话，就会变得特别抢眼。

倘若一颗恒星很亮，那么通过凌日法找到它的几率就是非常小的。所以不管是行星或者恒星，有时候看起来平凡无奇的小家伙，也可能藏着很多的秘密，让我们充满了无尽的探索欲望。

就像Kepler-9b，它是一颗发现于2017年的系外行星，是开普勒太空望远镜发现的一个大质量恒星行星。它主要是在A、B型恒星附近围绕旋转。Kepler-9b的质量约为木星的0.25倍，半径约为木星的0.84倍，它的表面温度高达上万摄氏度。

当时在发现Kepler-9b时，专家们非常兴奋，因为这个发现让行星系统中存在多颗行星的普遍性得到证实，而且它的轨道排列也提供了重要的信息来研究行星形成和演化的模型。一个被高能射线照射、温度极高的行星。它的大气非常特殊，早已经没有了正常分子结构，反而被撕裂成了原子！

这种奇特的大气环境甚至让科学家发现了铁、钛等金属元素，不仅仅是氢、氦这些基础元素啊。而且据说这里的夜晚还可能下着金属熔岩雨，听起来是不是很酷？

还有比它更酷的行星——Kepler-70b，它是一颗热超新星行星，其宿主恒星曾在大约7.8亿年前爆发成为一个白矮星。这颗行星是迄今为止已知的最小半径系外行星之一，和地球相比半径与质量都更小。但是和木星相比质量约有它的4倍，因此它非常密集，拥有高重力场。

由于其轨道非常接近恒星，一年只有5.76小时，所以它的表面温度高达约12,000摄氏度，比太阳表面温度还高。这意味着它的大气层中几乎所有物质都已被电离，成为一个类似于太阳风的等离子体环。

科学家们还发现它的大气中富含碳和氧等元素，表明这颗行星曾经可能是一个类似于地球的岩石行星，但随着其宿主恒星的演化，它被烤成了一个热气体巨行星。

这颗行星的命运非常值得关注，因为随着时间的推移，它可能会逐渐向其宿主恒星逼近，最终可能被毁灭在恒星的表面上，或者在恒星强大的引力潮汐力下被撕裂成碎片。这一过程可能还需要几千万年的时间，但对于天文学家来说，观察这一过程的机会非常珍贵，有助于我们更深入地了解行星和恒星的演化。

这两颗行星听起来很相似，但其实它们之间存在显著的差异。首先，它们位于不同的恒星系统中。Kepler-70b围绕着一颗名为Kepler-70的热白矮星运转，而Kepler-9b则围绕着一颗名为Kepler-9的黄矮星运转。由于它们所绕恒星类型的不同，它们的轨道和物理特性也不同。

其次它们的质量和密度也存在明显差异。Kepler-70b是一颗体积较小但质量较大的气态行星，质量大约是木星的4倍，质量和半径都很小。相比之下，Kepler-9b是一颗质量和体积都比较接近木星的气态行星，密度约为水的2.8倍。

最后，它们的大气环境也存在显著差异。Kepler-70b的大气温度非常高，高达6,000℃，因此其大气组成非常不寻常。而Kepler-9b的大气温度则相对较低，只有1,500℃左右，但它的大气中也存在一些不同寻常的元素，包含一些金属元素，这可能会导致金属熔岩雨的出现。那么问题来了，这些行星、恒星的温度都是怎么测量的呢？

天文学家通过观测系外行星对其宿主恒星的引力作用，来测量行星在其轨道上运动的角度。这种引力作用会导致宿主恒星沿着某个方向移动，这种移动可以通过测量宿主恒星的多普勒效应来观测到。这是一种相对论，就是在观测者和光源处于相对运动的时候，此时的光波将呈现多普勒效应。

如果一个恒星沿着我们的视线运动，那么其发出的光波将会向蓝色或红色方向偏移，这种现象被称为多普勒红移和蓝移。它是一种非常重要的天文学现象，帮助我们研究远古宇宙的演化过程，以及发现遥远星系中的行星和恒星等。

多普勒光谱测量是一种广泛应用于测量系外行星质量和轨道的技术。通过测量宿主恒星的多普勒效应，天文学家可以确定宿主恒星的运动速度和方向。而宿主恒星的运动速度和方向又与围绕其运动的系外行星的质量和轨道有关。因此，通过多普勒光谱测量，天文学家可以推导出系外行星的质量和轨道参数，包括行星与恒星之间的距离和角度等信息。

星际闪烁也是一种观测系外行星的方法。当光线穿过宇宙中的气体和尘埃等介质时，会发生微弱的折射和反射，从而导致观测到的光线强度会出现瞬时的变化。天文学家可以通过观测这种星际闪烁现象来确定行星和恒星之间的距离和角度等信息。

另外系外行星角度还可以通过直接成像测量，可以通过望远镜来对系外行星的图像进行拍摄，从而可以确定其位置和轨道等信息。不过，由于系外行星与它们的宿主恒星之间的距离非常遥远，而且宿主恒星比行星亮度更高，因此直接成像技术需要非常高的灵敏度和分辨率，才能获得足够准确的图像。

这些检测方法帮助我们让太空中的神秘物质揭开神秘的面纱，我们对系外行星的探索一直是天文学的研究重点之一，因为这些行星可能为我们提供了了解宇宙和地球以外的生命存在的机会。利用地面望远镜、太空望远镜、星载探测器等设备对系外行星进行观测和探测，研究它们的物理性质、轨道参数、大气成分等信息。

通过这些观测和探测，人类可以更加深入地了解宇宙中行星的多样性和演化规律，探寻外星生命的可能性。同时，对于可居住性系外行星的发现和研究，也为人类未来在宇宙中寻找新家园提供了重要的参考。

通过对Kepler-9b和Kepler-70b等系外行星的探测和研究，可以更深入地了解宇宙中的多样性和奇妙之处。这些行星的存在让我们不禁想象着它们上面可能存在的生命和物质形态，同时也提醒我们地球的珍贵和脆弱，也让我们更加珍惜居住的这颗星球。

未来我们的探索之路还很长，但是随着科技的不断发展，相信我们将会看到更多更神奇的行星，从而更好地认识宇宙和我们自己。

好了，本期内容到这里就结束了，看完这期别忘了给我们点赞，关注和转发。谢谢您的支持，下期更精彩！

开普勒(Kepler）

开普勒(Johannes Kepler,1571~1630)是德国天文学家,他发现了行星运行的基本规律。

开普勒通过对火星的研究,发现了行星的运行规律。

在开普勒的发现之前,人们认为行星是做匀速圆周运动的。

开普勒发现,行星是沿椭(tuo)圆轨道运行的,太阳位于椭圆的一个焦点上。这就是开普勒第一定律。

开普勒第二定律告诉我们：行星在天空中的运行速度随着它们与太阳距离的改变而变化。

行星离太阳最近时(位于近日点),运行的速度最快;行星离太阳最远时(位于远日点),运行的速度最慢。

开普勒第三定律指出了行星的公转周期和它们离太阳远近的关系。

开普勒第三定律是：行星公转周期的平方同它们的轨道半长径的立方成正比。

开普勒 3岁时得了天花,造成了视力低下和双手残疾,但后来他还是成了丹麦伟大的天文学家第谷(TychoBrahe)的助手。第谷去世后,开普勒成为第谷事业的继承人。

开普勒相信,行星运行时会产生和谐的“天宇之音”。

开普勒还写过一本关于如何计算酒桶里有多少酒的书,该书有助于后来微积分数学的创立。

发现24颗比地球还宜居的行星？都理解错啦！到底怎么回事？

作者：佰思科学 ｜沈东旭 邱亚明

2020年9月18日，也就是九一八事变89周年的日子（打倒日本帝国主义！勿忘国耻！），三位德国科学家Dirk Schulze-Makuch、René Heller、Edward Guinan在国际科学杂志《天体生物学》Astrobiology上发表了一篇文章：

"寻找比地球还好的系外行星：超级宜居星球的最佳候选者"。

这篇文章的内容后来被广泛报导，说科学家们找到了二十四颗比地球还宜居的系外行星，遗憾的是距离我们都比较远，没有在100光年以内的。

类似于地球的系外行星

你要是读了原始论文就会发现，事情还没真那么简单。到底有没有比地球更宜居的行星，还真不好说呢。让佰思科学为您做一个深入解读吧。

人类最早发现系外行星的踪迹是在1988年，名字叫Tadmor（或者Gamma Cephei Ab），但这颗行星在2002年才被确认。最早被确认的系外行星名为Draugr（或者PSR B1257+12 b），时间是1992年。

Draugr想象图

截止2020年10月，人类已经确认了4354颗系外行星，分布在3218个星系中，其中712个星系有超过一个行星。除去这些已经确认的行星，还有数千颗未被确认的"疑似"行星。

约翰尼斯·开普勒

为了搜索系外行星，美国宇航局NASA于2009年发射了开普勒太空望远镜。约翰尼斯·开普勒是17世纪德国杰出的天文学家，发现了著名的开普勒行星三定律。工作到2018年10月30日因燃料耗尽而退休，开普勒望远镜总共找到2662颗系外行星，在目前全部发现的行星中占了一半还多。为了继续系外行星的搜索，NASA在2018年又发射了TESS卫星。

开普勒望远镜艺术效果图

探测系外行星有很多方法。一种常见的方法是检查主星亮度的变化--行星经过主星之前会使主星略微变暗。不过这些细微变化受观测精度的制约，到底是行星引起的，还是噪声甚至假信号都不好说。因此，人们把那些由开普勒望远镜找到的系外行星候选者，称作Kepler Object of Interest，前缀为KOI，后面加上一个序号。

TESS卫星艺术效果图

还有一种方法是直接拍照片。人类第一张系外行星照片拍摄于2004年，名为2M1207b，距离地球有230光年。

人类第一张系外行星（左下角红点）照片

为了更好地搜寻系外行星，NASA还策划了一个Starshade方案。由于系外行星很暗，很容易被掩盖在主星的光芒中。Starshade的思路是在太空中张开一个伞状物体，挡住主星的光芒，就能更好地拍摄系外行星的照片了。

Starshade概念图

目前发现的系外行星大多数都在银河系内，最远的行星有大约3万光年之遥。最近几年还有科学家宣称在银河系外也发现了行星的踪迹。因此，系外行星是一种非常普遍的存在。有人估计，银河系里像地球这样宜居的行星可能有上百亿颗之多。

Starshade的工作原理

1、什么叫宜居

首先，不能把宜居和有没有生命混为一谈。行星的宜居性是从人类自身的生存条件引申出来的；外星生命未必不能出现在不宜居的星球上。外星生命甚至可能都不是地球上的这种碳基生命。同样的，宜居星球也不能保证有生命的存在。因此，研究星球是否宜居完全是从人类的角度出发--那些宜居的星球或许未来可以成为人类的家园。简单来说，宜居行星就是那些生存环境类似于地球的行星。

类似于地球的行星

2、距离主星距离

所谓的宜居，最核心的一条是行星上要有液态水。为此，人类定义了宜居带的概念，即在主星附近的一个范围内，允许行星上有液态水的存在，这个区域就叫做宜居带。宜居带距离主星不能太近，也不可太远--太近会太热，液态水会蒸发；太远会太冷，水都冻住了。

行星的宜居带概念

天文学家将地球到太阳的平均距离定义为天文单位（AU），约为1亿5000万公里。宜居带与主星的距离与主星的发光强弱有关，光越强则越远，反之则越近。太阳系的宜居带大致在金星（距离太阳0.72AU）之外，火星（距离太阳1.52AU）之内的区域，具体的距离有很多种估算数据，常见的范围在0.9到1.5AU之间。

3、行星大小

作为一颗宜居行星，必须是岩石行星，不能是木星那样的气态行星，否则没有陆地人类难以生存。同时，这颗行星既不能太大，也不能太小。

海王星与地球对比（海王星为17倍地球质量）

假如太大，会有很浓密的大气层，很容易变成像金星那样，由于温室效应造成表面温度很高。如果质量再大，甚至会像海王星那样，氢气无法逃脱行星引力而在大气中含有大量的氢气，形成小海王星。因此，宜居行星的质量不应超过2倍地球，或再保守一点，不能超过1.5~1.6倍地球质量。

地球和火星大小对比

另一方面，行星也不能太小，假如太小的话，就会像火星那样留不住大气，最后形成一个稀薄的大气层。因此行星的质量也不能太低，不应低于地球的七成。

4、行星温度

地球现在的平均温度大约是15℃。宜居星球的温度应该在当前地球平均温度上下十度之间。最理想的情况是比地球目前的温度略高，大约相当于地球上石炭纪时期的温度。

地球石炭纪时期

地球石炭纪时期温度比现在高约5℃，氧气含量也更高，因此那时候的生物比现在个头要大。巨大的蜻蜓能长到80厘米长。

石炭纪时期的蜻蜓与人类对比

5、主星类型

主星类型对宜居性的影响是非常大的。首先，主星不能太大，最好不要比太阳大多少。太阳属于黄矮星，质量在0.8到1.2倍太阳质量之间的恒星都属于黄矮星。黄矮星的寿命大概在100亿年左右，时间足够长，对生命的进化比较友好。黄矮星也被称作G型主序星，G dwarf star。

恒星的分类

假如恒星比黄矮星更大的话，则发光更强，同时寿命更短，对生命的长期存续是不利的。比如夜空中最亮的天狼星，质量是太阳的两倍，寿命只有10亿年。

天狼星与太阳对比

比黄矮星略小一点，在0.8到0.5倍太阳质量的恒星，就是橙矮星，也叫K型主序星，K dwarf star。橙矮星的亮度比太阳稍暗，但寿命长不少，大约150亿到300亿年。

太阳与比邻星对比

比橙矮星再小的，就是红矮星了。距离太阳最近的恒星比邻星，就是一个红矮星。但红矮星的宜居情况比较差，主要是发光能力太弱，宜居带距离主星太近，因此会造成潮汐锁定的现象。所谓的潮汐锁定，就是行星用固定一面朝向主星，就像月亮总是一面对着地球那样。

月球总是以固定的一面朝向太阳

此外，红矮星还会爆发强烈的恒星耀斑，破坏大气层中的臭氧层，从而使紫外线直达地面，直接杀死地面生命。要想了解紫外线对生命的伤害能力，想一想紫外线灭菌灯就明白了。总之，宜居主星只有G和K两种矮星，其他的可以不考虑了。

三位科学家在论文中列出了八条"超级宜居"条件，分别是：

a、环绕K型主序星（作者认为K型比G型寿命长，更优越）

b、大约50-80亿年的年龄，很可能已经演化出了生命

c、1.5倍地球质量，1.1倍地球直径

d、平均温度比地球高5摄氏度

e、大约25~30%的含氧量

f、有分散开的水面和陆地

g、有一个大月亮（1~10%的行星质量），距离行星10~100行星半径

h、有板块活动并拥有磁场

以当前的天文观测能力，能获得的信息只有前四条，其中平均温度可以通过算法进行估算，而第5到8条是无法知道的。

三位作者对4500多颗行星的资料进行了归类，要注意的是这4500多颗行星中包括了很多没有被确认的行星，详见下图。图中横轴是行星到主星的距离，单位为AU；左边的纵轴是主星的质量，单位是太阳质量；右边的纵轴是恒星表面温度。此外，圆点的粗细代表了行星的直径。两条黑线之间的区域就是宜居带。显然，能落到宜居带的行星并不多，大多数落到了宜居带以外。

下图是把之前图中虚线框里面的部分放大之后得到的。这个区域是主星质量在0.6到1倍太阳质量之间的情况。再考虑到行星质量不能太大或者太小，因此将尺寸比较合适的行星进行了标注，总共有24颗，这就是所谓的24个超级宜居行星的由来。

这24颗行星是不是真的超级宜居呢？让我们再来看看详细的数据。下面的表格是作者将这24颗行星的详细数据进行了罗列。表中KOI是行星序号；dist是到地球的距离，1kpc相对于3300光年；M/M⊙是主星与太阳质量的比值；Age是年龄，单位为十亿年；Porb是行星围绕主星运转的轨道周期，单位是天；R/R⊕是行星与地球直径之比；a是到主星的距离，单位为AU；最右边两列的温度值是用算法计算出来的，可以认为是行星平均温度的上下限。

二十四颗超级宜居候选行星数据

单单从温度出发，这些行星之中只有最右边温度加灰的那五个比较合适--其他的温度要么太高，要么太低。最合适的两个分别是KOI5819.01和KOI5554.01，它们的主星跟太阳很像，分别是太阳质量的0.87和1.02，直径跟地球差不多，温度跟地球也差不多；另外三个虽然温度不是很差，但行星体积有些过大，而行星太大造成的问题之前已经讨论过了。

从这篇文章我们可以看出，这二十四颗行星之中，以地球的标准来说，大部分都称不上宜居。严格来说，能同时满足温度（五个加灰的）及大小要求（两个加灰的），只有一颗行星，即KOI5554.01，距离地球在710光年之外。换句话说，在全部4500多个候选行星之中，能和地球生活条件相媲美的，只有一颗行星而已。

但最尴尬的还不在这。在这二十四颗行星之中，只有KOI2162.01（正式名称Kepler 1126b）和KOI172.02（正式名称Kepler-69c）这两颗是被正式确认的行星，而其他那些KOI，包括最合适的KOI5554.01，不过是行星候选者而已，是否存在还不好说呢。

从前面的表中我们可以看出，KOI2162.01和KOI172.02表面温度估计在100℃以上，显然不够宜居。

因此真正的结论是，人类目前发现的4000多颗行星中，能够确认条件比地球更好的，一颗都没有--地球是目前宇宙中最适合人类的唯一。

费米悖论：人类文明是唯一的吗？

或许这也能解答著名的费米悖论，就是"为啥外星人还不来访问我们"？至少在地球周边几百甚至上千光年范围内，地球是最宜居的。难道地球是这一区域中最早出现"智慧文明"的星球？