本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
大多数行星科学家会告诉你，他们研究的对象比宇宙中几乎任何其他事物都更复杂，更难分类。这一断言令人惊讶且有趣，天文学家正逐渐意识到这一点。过去 400 年的望远镜探索主要关注恒星分类，将天体归入各自的展示柜。尽管我们银河系拥有 2000 亿颗恒星的辉煌财富，但其基本属性背后的物理学 非常统一，大多数都可以用几个参数轻松描述——质量、年龄、元素丰度。个体可能正经历特别糟糕的千年，被斑点覆盖，将磁场扭曲成结，并抛出耀斑，但它们在宇宙动物园中的整体位置可以很好地定义。
行星并非如此，尤其是那些可能适合以可识别形式孕育生命的小型行星。质量、年龄和组成只是重要特征长列表的开始。它离其母星的轨道有多远？它绕着哪种类型的恒星运行？轨道是椭圆形的吗？行星是否有大气层？如果有，其成分是什么？是否存在轴向倾斜？系统中是否存在其他行星，施加它们的引力并迫使轨道随时间变化？是否存在引力潮汐在起作用，弯曲和塑造行星？是否存在火山活动或构造活动？一个世界的内部是如何分层的？是否存在包裹世界的全球磁场？行星是如何形成的？它是否有地表水？行星在其幼年时期是否受到丰富的有机化学物质的冲刷？它是否有卫星？如果有，这些卫星上的条件如何？它们多久会被小行星和彗星撞击一次？
这令人头痛。我们已经可以猜到，大自然在构建多样化的行星方面比我们更有创造力。这提出了一个非常实际的问题。任何现在或未来、真实的或想象的，天文仪器都受到时间限制的束缚。太空天文台由于冷却剂和推进剂等消耗品而寿命有限，更不用说预算了。陆基设备则与天气和磨损竞争。所以问题是：我们作为一个文明，已经到了可以认真寻找可能孕育生命的行星，并可能远程收集生命证据的地步，但是我们如何选择将宝贵的时间花在哪个系外行星动物园成员身上？
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在尝试准确回答这个问题方面已经做了大量工作。它通常归结为试图平衡寻找我们可能识别的东西（地球的真实类似物）的需求与大自然在我们恒星附近实际提供的。例如，所有恒星中有 75% 的质量不到太阳的一半。我们附近的大多数表亲都是这些昏暗、发红且寿命很长的天体。这些系统中的地球大小的行星可能必须非常靠近其母星运行才能保持温和的地表气候，而这一要求带来许多新问题。潮汐可能会将这些世界锁定为拥有永久的昼夜侧，而恒星耀斑在这些距离上可能很严重，会剥离行星大气层并辐照地表。最重要的是，这些行星上的条件可能令人愉快，也可能不愉快，而这种不确定性会影响发现生命迹象的几率。
从表面上看，这表明我们可能会经历一段漫长而艰难的科学之旅。然而，事实是，我们强烈渴望知道地球之外是否存在任何生命。是否有办法放弃某些东西来换取对那个普遍问题的答案？我认为未来可能有一种方法，而这正是行星可能的多样性提供的线索。
也许，仅仅是也许，我们应该抵制在少数几个危险地预先选定的世界中冲向终点的冲动，而是着眼于大局。假设生物圈散布在许多系统中，也许是由与我们自己相同类型的微生物机制驱动的。这些世界之间的条件可能会有很大差异，但生物圈仍然存在。这些行星上的环境可能会以与它们无菌的同等物略有不同的平衡状态存在——通过大气成分、反射率和温度来观察。没有哪个世界可能真正呈现出足够确凿的证据让我们说“那里有生命”，但是将所有这些行星的数据放在一起，这种特征可能会被检测到。统计数据是奇妙的，如果说有点挑剔的话。它们让我们看穿迷雾，看到我们原本永远找不到的东西。假设我们积累了关于不是少数行星，而是数百甚至数千个行星的粗略的、基本的的数据。对一颗行星的任何单一观测都不能告诉我们它是否充满了生命，但行星动物园不同部分的累积权重至少可以告诉我们其中一些行星上是否有生命。通过放弃我们寻找单个生命实例的愿望，我们就能回答这个全球性问题。
关于作者
Caleb Scharf 目前是哥伦比亚大学多学科天体生物学中心的主任。他曾在观测宇宙学、X 射线天文学以及最近的系外行星科学领域工作。他还是本科教材《系外行星和天体生物学》（大学科学出版社）和博客“无界的生命”的作者。
图片来源：NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC-Caltech)
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