天复一天，恒星接恒星，天文学家们正逐渐接近了解我们的宇宙究竟有多么拥挤——或者至少是我们的星系。在首次发现系外行星绕其他恒星运行四分之一个世纪后，从现在已知的数千颗行星的统计数据中可以看出，平均而言，银河系中每一颗恒星居民都必须至少伴随着一个世界。只要在银河系中任何给定的恒星周围长期而努力地寻找行星，你实际上肯定会迟早找到一些东西。
但即使是拥挤的宇宙也可能是孤独的地方。我们行星丰富的银河系可能被证明是生命贫乏的。在银河系所有已知的世界中，只有极少数在大小和轨道上与地球相似——每一个都占据着一个模糊的“金发姑娘”区域，即恰到好处的区域——一个童话般简单的理想，即一个世界既不太大也不太小，既不太热也不太冷，足以在其表面维持液态水和生命。相反，银河系的大多数行星都是理论家未能预测到的世界，并且尚未舒适地适应任何宜居性的概念：“超级地球”，比我们熟悉的地球更大，但比海王星更小。没有超级地球围绕我们的太阳旋转，供太阳系内的科学家直接研究，这使得我们更难知道其他地方的超级地球是否是金发姑娘世界——或者，就此而言，任何一刀切的宜居性指标是否都天真得无可救药。
为了解决这些天体生物学之谜，需要新一代的望远镜和航天器来寻找和研究太阳系之外的宜居性和生命迹象。但支持或反对一个孤独而拥挤的宇宙的证据可能出人意料地近在咫尺，从天体的角度来说。在2016年多年的仔细观察后，最终揭示了一个地球大小的世界就在隔壁，位于半人马座阿尔法星最小成员的温带轨道上，这个三星系统距离我们太阳系4.4光年，是离我们太阳系最近的。现在，对我们太阳系下一个最近的邻居——巴纳德星——的另一次详尽搜索，距离我们不到六光年，也在那里发现了一颗候选行星——一颗更大、更冷的超级地球，暂定名为巴纳德b星。这项行星发现是由一个由来自世界各地天文台的60多名天文学家组成的国际团队实现的，详细信息发表在11月14日《自然》杂志的一项研究中。它为未来对离我们太阳系最近的两颗熟悉但陌生的行星进行调查和比较打开了闸门。
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冰冻的超级地球？
“如果你住在一个拥有数百万人口的城市，你不会对认识每个人都感兴趣——但也许你想认识你的近邻，”西班牙加泰罗尼亚空间研究所的天文学家、主要作者伊格纳西·里巴斯说。“这就是我们为围绕着我们的恒星的行星系统所做的事情。否则我们就无法回答大问题。我们的太阳系和我们的地球如何适应银河系的其余部分？是否存在其他宜居或有人居住的行星？巴纳德b星并没有立即给我们这些答案，但它告诉了我们需要了解的故事的一部分。”
巴纳德星位于蛇夫座，在可见光中非常暗淡，肉眼无法看到。然而，自1916年以来，它一直是天文学家的宠儿，当时的测量显示，它在天空中的视运动比相对于我们太阳的任何其他恒星都大——这是它与宇宙极近距离的标志。这颗恒星离我们很近只是暂时的——在数万年内，它的轨迹将使其从我们太阳系的前五颗最近恒星的名单中扫除。
根据里巴斯和他的同事的说法，这颗候选行星至少比我们自己的行星重三倍，并在233天的轨道上绕其恒星运行。这将使其处于我们黄色太阳周围金星的炎热轨道附近，但巴纳德星是一颗相对较小且暗淡的红矮星。这意味着它的新发现的伴星靠近“雪线”，雪线是水几乎完全以冰冻冰的形式存在的边界——其他恒星周围的区域被认为充满了行星，但天文学家才刚刚开始探测小世界。
在那里，巴纳德b星接收到的星光只有地球从太阳接收到的星光的2%——仅足以使其估计的平均温度达到零下150摄氏度。也许，里巴斯推测，这颗行星是岩石的，表面覆盖着厚厚的冰层，其表面类似于木星和土星的冰冻卫星。在这样的世界上，生命的前景似乎很渺茫——除非，类似于那些相同的卫星，它拥有一个地下海洋，通过内部热量保持液态。在这种情况下，它的内部需要以某种方式保持温暖很长时间——这颗行星的年龄被认为在60亿到110亿年之间，这是对巴纳德星年龄的普遍估计。（相比之下，地球只有45亿年历史。）
或者，这颗行星可能被一层厚厚的绝缘氢气毯覆盖，这是它在围绕恒星旋转的气体和尘埃盘中诞生时留下的。虽然较小、较热的世界上的氢气会消散到太空中，但寒冷轨道上的超级地球可能会设法保留足够的气体，从而产生巨大的行星变暖温室效应——一种可能性，它将以地球为中心的金发姑娘思想推向混乱。如果这种机制在巴纳德b星或其他寒冷的超级地球上运行，“我们每个恒星都可能拥有一颗宜居行星的梦想很可能会实现，”马萨诸塞理工学院的行星搜寻天体物理学家萨拉·西格说，她没有参与里巴斯的研究。“那里有一些疯狂的世界。”
被历史困扰
唉，有些世界简直好得令人难以置信。1963年，荷兰天文学家彼得·范德坎普著名地“发现”了巴纳德星周围的行星——将恒星在天空中平面运动的假定偏移与看不见的世界的引力影响联系起来。到1970年代，进一步审查后，范德坎普假定的行星的证据正在消失，最终归因于各种错误和疏忽，这些错误和疏忽污染了他的观测结果。尽管如此，范德坎普对他的主张的信念似乎坚定不移；在他生命的剩余几十年里，他一直坚持认为这些行星是真实的。
那个警示故事仍然困扰着今天的行星猎人。即使现代巴纳德星周围世界的证据更加有力，恐惧仍然挥之不去。毕竟，如果历史不重演，它也很容易押韵。“鉴于这颗恒星的行星主张的麻烦历史，作者们非常勇敢地如此出头，”荷兰莱顿大学的天文学家伊格纳斯·斯内伦说，他没有参与这项研究。“这些是非常困难的测量！”
事实上，困难到一些专家仍然不相信。“既然行星无处不在，我想巴纳德星周围一定有行星，”耶鲁大学的天文学家和资深行星猎人黛布拉·费舍尔说，她没有参与这项假定的发现。“甚至可能有一颗质量是地球几倍、周期为233天的行星。但在我看来，这项分析没有提供足够有力的支持。”
相比之下，瑞士日内瓦天文台的天体物理学家泽维尔·杜穆斯克也没有参与里巴斯的研究，他认为巴纳德b星的证据令人信服。“就这颗行星存在的可能性而言，我认为毫无疑问，”他说。“它的信号非常清晰。”
巴纳德b星的案例取决于一项卓越的数据收集和分析壮举，它将来自全球各地大型地面望远镜上的七台世界级仪器的数百次测量结果拼接在一起，跨越了20多年的时间。每次测量都跟踪巴纳德星的径向速度——它朝向或远离地球的运动，这可能会随着伴随行星的轨道拉动而前后摆动。归因于巴纳德b星的信号是每秒略高于一米的摆动——一种步行速度尺度的效应，很容易被各种恒星活动或仪器误差模仿。它在来自如此多不同调查的20年数据中出现强烈表明该信号不是由仪器噪声引起的，但明确排除恒星活动作为其来源要困难得多。即使是最顶级的径向速度行星搜寻团队也曾在不久的过去被这种恒星引起的误报所困扰，声称轰动的新世界最终被证明是虚幻的。
在这里，尽管巴纳德星有着命运多舛的行星搜寻历史，但它可能提供了一个优势。它实际上是已知的最安静的恒星之一，使其几乎成为径向速度工作的理想选择。里巴斯和同事坚持认为，他们已经从过去对幽灵世界的说法中吸取了艰难而必要的教训。里巴斯说，大量的后续观测在很大程度上排除了星斑和其他明显的行星模仿来源的影响，并且该研究的作者还进行了超过50万次模拟，以得出信号由更恶劣的恒星效应产生的可能性小于1%。里巴斯说：“我超过99%确定这颗行星在那里。“但我们心中有彼得·范德坎普的故事。如果有人提出强有力的论据反对我们的发现，我会承认！我不想成为21世纪的范德坎普。”
是时候拍照了吗？
无论如何，关于这个有争议的行星候选者的确定性可能很快就会到来。该团队的工作已经排除了巴纳德星周围40天或更短轨道上的任何地球大小的行星，尽管它也发现了另一个潜伏在更远处的行星的摇摆不定、尚未证实的迹象。（向范德坎普道歉，这样的行星可能仍然与他之前的说法不太相符。）使用现有和即将到来的仪器进行的数百次额外径向速度测量可以进一步提高对候选者真实性的信心，欧洲航天局的盖亚航天器即将提供的数据也可以，该航天器跟踪巴纳德星和银河系中超过十亿颗其他恒星的运动，以绘制银河系的三维地图。
尽管极其不可能，但这颗行星可能恰好与我们从地球上的视角对齐，因此它会“凌日”——当它掠过巴纳德星的表面时，会向我们的望远镜投射出可探测到的行星阴影。美国宇航局的已故开普勒航天器令人震惊地证明了凌日技术的成功，并被誉为美国宇航局凌日系外行星巡天卫星和詹姆斯·韦伯太空望远镜未来系外行星观测的关键推动因素，凌日技术已经交付了天文学家目录中的大多数世界。但是，从地球上看，大多数行星都不会凌日，特别是那些像巴纳德b星那样在其恒星周围宽轨道上的行星。
然而，这颗行星与其恒星相对较宽的分离提供了一个更有希望和诱人的可能性——拍摄它的照片的前景，或者用天文学家的话来说是“直接成像”。巴纳德b星的快照可以揭示许多其他无法获得的东西，最重要的是它的真实性质——一个冰冻的超级地球，一个氢气包裹的温室世界，或者可能是理论家尚未梦想到的东西。有了这样的图像，天文学家就可以向解开我们拥挤宇宙的孤独之谜迈出重要一步。
在2020年代，新一代的超大型地面望远镜将上线，它们可以胜任这项任务。每台望远镜都将配备一个直径约30米或更大的集光镜，可以区分行星微弱的光子发射。但专家表示，在这些天文台上拍摄行星照片的第一批仪器将针对热成像进行优化——对于寻找可能冰冷的世界来说，这不是一个好的选择。相反，最好的希望可能寄托在美国宇航局计划在韦伯之后建造的下一个太空天文台上，这是一种被称为WFIRST的超强哈勃太空望远镜。
也就是说，如果它真的发射的话——白宫曾试图在最近的预算中取消该项目。目前的计划要求WFIRST包括一个日冕仪，一种阻挡星光的仪器，以便可以看到少数几个系外行星的光——所有这些都是相对普通的巨型世界，因为在附近的恒星周围缺乏任何合适的小型候选者。但是，如果巴纳德b星是真实的，那么用WFIRST对其成像“可能只是可行的，”领导WFIRST日冕仪开发的普林斯顿大学天体物理学家杰里米·卡斯丁说。“一切都必须恰到好处……但在最好的情况下，这将是具有挑战性但有可能的。”