本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
1964年，斯蒂芬·多尔为美国空军在加利福尼亚州圣莫尼卡的兰德公司的一个项目发表了一份174页的文件。它带着些许狂妄的意味，标题为“人类的宜居行星”，这是一项极其详细和有先见之明的科学研究，探讨了宇宙中可能支持生命的星球的性质、它们存在的可能性以及如何找到它们。阅读它就像喝一杯詹姆斯·邦德的马提尼，既令人振奋又令人头晕目眩。
多尔于2000年去世，享年83岁，曾任兰德公司人类工程小组负责人，负责处理人类在太空中的生理和身体需求。他的论文写于新太空时代的鼎盛时期，是当时科学热情和乐观精神的惊人记录；太空是人类新的命运，是我们正在进行的进化中自然而然的一部分。这份文件在提升一个讨论方面发挥了关键作用，而这个讨论直到四十年后的今天才达到高潮——其他恒星周围的哪些行星实际上适合我们所知的生命存在？
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天文学家和天体生物学家之间或多或少已成为标准的“宜居性”定义很简单，即行星的表面环境是否可以容纳液态水，这通常进一步简化为表面温度是否在 0 到 100 摄氏度之间。这非常具有限制性，而且充满了警告（到底有没有水？大气压力不是 1 巴呢？我们指的是行星上的任何地方吗？）。但是，鉴于我们对系外行星质量和轨道构型的了解最多只有最基本的程度，至少从这一点开始评估可能性并非完全不合理。
因此，目前最大的问题是，在我们寻找其他“宜居”世界的过程中，我们目前处于什么位置？答案实际上有几个层面。第一个层面仅仅与我们认为宇宙制造像我们自己的密集岩石行星的频率有关（同样，在寻找我们可能认为适合生命的世界时，这是一个合理的首要选择）。在令人难以置信的开普勒结果和其他望远镜巡天（特别是新的HARPS 结果，本周公布）的最新发现之间，新兴的答案似乎是“频繁”。岩石行星的数量几乎多得惊人——但需要注意的是，到目前为止，我们只探测了该种群中较重的一端，即质量是地球几倍的世界。
事实上，正如格雷格·劳夫林在关于调和开普勒结果与多普勒探测结果的一篇精彩文章中所讨论的那样，质量小于地球 17 倍（即小于海王星大小）且轨道周期小于 50 天的行星似乎出现在所有局部类太阳恒星的 30-50% 左右。这意味着仅在我们银河系中就有数百亿个此类行星，并且为了与观测结果相符，其中大多数可能是致密的岩石类型，而不是气体“类海王星”类型。
答案的第二个层面是这些新世界中有多少可能满足我们的“宜居性”标准。科学的敏锐追随者会注意到，在过去几年中，越来越多的头条新闻“发现类地行星”的公告令人尴尬地涌现。其中最臭名昭著的是 2010 年宣布的 格利泽 281 g——这是一颗质量为地球 3 到 4 倍的行星，围绕一颗红矮星运行，恰好位于轨道范围内，为“宜居性”提供了相当可靠的预期。由于该系统距离我们只有 20 光年，这让我们很多人感到兴奋，我仍然在为我那“起鸡皮疙瘩”的评论而感到尴尬。它看起来很棒，但这对于天文学来说是很困难的，它正在推动技术的极限。后来的分析和新数据现在似乎令人信服地表明，这颗行星只不过是观测结果中一个棘手的幽灵。尽管如此，该系统中的另一个世界——假定的格利泽 281 d，一个质量约为地球 10 倍的天体——也被认为是潜在的宜居之地，同样具有竞争力和毫无根据的宣传。
然而，最近又涌现出许多其他候选者。开普勒的一些遥远探测结果可能是位于其母恒星正确轨道范围内以满足宜居性标准的超级地球世界（质量小于地球质量的十倍左右）。但是，在超过 500 光年的距离上，很难用其他仪器进行后续观测。在更近的地方，仅 36 光年之外，行星 HD 85512 b 是一个质量约为地球 3.6 倍的天体，围绕一颗质量约为太阳质量 70% 且亮度约为 13% 的 K 型星运行。它的轨道非常小，每 58 天绕恒星飞驰一周，这意味着它接收到的恒星辐射几乎与金星在我们的太阳系中接收到的辐射一样多。卡尔滕内格、乌德里和佩佩应用了一个基本的气候模型来研究该行星的任何构型是否可以使其“宜居”。最根本的结论是，如果各种因素到位，例如云层反射率抵消了恒星的热量输入，并且假定大气成分与地球类似，由水、二氧化碳和氮气组成，那么它似乎是可能的。
似乎调整一些我们珍视的地球因素——例如大气成分、轨道形状、潮汐能量输入——可以从根本上重新排列系外行星系统的宜居性格局。例如，具有分子氢的更原始的大气层可以被岩石行星保留，从而显着增强温室效应，扩大容纳液态水世界的轨道范围。这样的大气层也可能为渴望微生物生命提供惊人的化学资源。行星的潮汐挠曲，尤其是在较短的轨道上，不仅可以延长其地球物理活跃寿命（有助于气候稳定和化学循环），还可以提高表面温度。
还有卫星。我们不知道大于海王星的行星形成或捕获卫星的效率如何，但我们自己的太阳系暗示了这种卫星可能数量众多。足够大的卫星可以保持大气层（泰坦星是一个极好的例子，但很冷），并且会受到宜居行星所受到的许多外力的影响——从恒星输入到潮汐加热。
所有这些潜在的“宜居”地点都是具有温带表面环境的地方，但这可能只是冰山一角，从字面上看也是如此。在我们的太阳系中，可以相当肯定的是，大多数液态水环境（尽管是充满氨等物质的水）都以地下海洋的形式存在。对这些黑暗水库性质的估计表明，可能存在多达地球所有海洋体积的 10 到 16 倍的水存在于外太阳系中。将此推断到其他地方，一切都无法预测。
那么，鉴于这一切，我们在宜居行星方面处于什么位置？我认为可以公平地说，一些候选者现在已经收入囊中，并且我们应该期望在未来几年发现更多——目前的所有证据表明，我们的银河系中充满了各种各样的岩石世界。我们是否应该每次声称发现新的“宜居”行星时都感到兴奋？适度的兴奋是应该的，仅仅是因为我们正在增加最终拥有目标的几率，我们可以尝试在那里嗅探大气成分和生物特征。但我们也应该将此视为初步回合。
不久前，我在《大众科学》的客座博客中试图论证，我们可能会发现自己不仅仅从单个世界，而是从数百甚至数千个世界的累积证据中寻找生命迹象。我认为事情的发展方向似乎仍然是关键策略。这让我回到了斯蒂芬·多尔 1964 年的分析。他估计，大约 5% 的类太阳恒星可能拥有宜居行星。将其推断到整个银河系，他发现总共可能有 6 亿颗宜居行星。他声称，在地球 34 光年范围内，可能存在 2 颗宜居行星，而在地球 100 光年范围内，可能存在约 50 颗宜居行星。令人难以置信的是，他似乎可能是对的。