本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点。
安克雷奇——在已知的系外行星中，存在热木星、超级地球、类海王星。天文学家应用于其遥远发现的术语，很大程度上依赖于我们太阳系中为数不多的类似行星。他们有充分的理由相信，其他地方的行星也遵循定义我们太阳系的一般趋势——例如，巨大的行星往往具有较大的直径和较低的密度，就像木星一样。但是，随着天文学家开始定位没有本地类似物的世界，他们常常只能猜测这些行星可能是什么样子。
特别是，研究人员对于地球尺寸和海王星尺寸天体之间的差距由何种类型的世界填充知之甚少。太阳系中所有小于地球的行星——水星、金星、火星——都是岩石行星，具有固体表面。所有更大的行星，从海王星开始，都是没有明确表面的气态世界。但是，两者之间可能会出现相当多的种类：海王星的直径是地球的四倍，质量是地球的 17 倍。如果生命的发展在我们这样的固体世界中进行得更顺利，那么类地行星的尺寸界限在哪里就成了一个巨大的问题。
也许是出于乐观，天文学家开始将任何直径是我们地球直径几倍的系外行星称为“超级地球”。但加州大学伯克利分校的杰夫·马西（Geoff Marcy）是自 20 世纪 90 年代初系外行星领域认真起步以来的领导者，他认为这个术语可能不太恰当。在上周举行的美国天文学会半年会议上，他概述了一些初步研究，表明行星在完全变成岩石行星之前，可以非常接近地球尺寸。
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马西和他的同事一直在观察三颗恒星，美国宇航局的开普勒太空望远镜表明这些恒星可能拥有直径介于地球和海王星之间的系外行星。开普勒监测超过 150,000 颗恒星并记录它们的亮度。恒星视亮度的周期性下降可以揭示轨道行星的存在，该行星会不时地从其恒星前方经过并阻挡一小部分光。这一小部分光的多少取决于行星的直径，因此开普勒的观测可以精确定位其系外行星发现的大小。
但是，天文学家无法猜测行星的成分，除非他们也知道它的质量，进而知道它的密度。开普勒通常不提供关于给定系外行星可能有多大的质量的信息。（然而，在某些情况下，当多颗行星围绕一颗恒星运行时，它们的相互引力相互作用可用于估计每个天体的质量。）因此，马西和他的同事使用一种经过时间考验的方法，称为径向速度法，来估计较小的开普勒天体的质量。他们使用夏威夷的 10 米凯克 I 望远镜，通过多普勒效应引起的星光光谱变化来追踪恒星随时间的速度。一颗远离地球的恒星看起来会稍微偏红；一颗朝向地球移动的恒星看起来会稍微偏蓝。世界上最好的光谱仪能够探测到非常细微的速度变化——大约相当于人类的步行速度——以至于它们可以揭示一颗轨道行星对其恒星的微小拉力的存在。
一颗非常小的行星在其主恒星的光中产生非常小的多普勒频移，但正如马西后来向我解释的那样，开普勒帮助天文学家更容易识别它。粗略地说，恒星的速度遵循正弦模式，随着行星在其轨道上运行而周期性地振荡，首先将恒星稍微拉向地球，然后将其推开。由于开普勒的数据揭示了行星的轨道周期以及其轨道的相位——行星在任何给定时间沿其轨道路径的位置——研究人员知道速度振荡的时间和周期。所有缺少的只是振幅——恒星的速度在行星轨道运行过程中波动多少。
凯克的数据已经开始填补缺失的部分。通过测量三颗恒星在不同时间的速度，并将这些数据拟合到假设的振荡模式，天文学家可以开始确定假定的行星的质量。（这些行星“候选者”均未得到开普勒团队的正式确认。）同样，这些数据尚未发表且是初步的，但它们很有希望。一颗直径为地球 3.39 倍的行星候选者似乎拥有 1.8 克/立方厘米的密度——接近海王星的密度。一个稍小的世界，直径为地球的 2.57 倍，具有相应的更大密度，为 2.7 克/立方厘米。“这是一个介于地球和海王星之间的密度，”马西说。这意味着具有这种密度的世界可能有点岩石，可能具有富含气体的外层。
一个更小的天体，只有地球直径的 1.7 倍，结果密度更高，为 7.6 克/立方厘米。这甚至比地球的密度还要高一点，这意味着它主要是岩石构成。马西警告说，还需要从凯克获得更多测量数据才能确定行星的质量。但三个开普勒行星候选者以及少数已知的微小行星的趋势总体上是耐人寻味的。“有一个初步的暗示，即过渡发生在地球半径的一到两倍之间，并且人们开始看到纯粹的岩石行星，”马西说。
这并不是说存在一个硬性界限。即使在最小的系外行星中，也可能存在相当大的多样性。“我们甚至不知道开普勒正在发现的地球半径行星是否都是岩石行星，”美国宇航局的开普勒联合研究员娜塔莉·巴塔利亚（Natalie Batalha）在会议的一次演讲中说。“你能拥有一个地球半径的巨型彗星状天体吗？我们不知道。”