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類地行星（英文名：Terrestrial Planet），又稱巖質(zhì)行星（英文名：rocky planet）是指以硅酸鹽巖石為主要成分的行星。如太陽系中的水星、金星、地球和火星。類地行星的特點和地球類似，體積和質(zhì)量都較小，密度較大，有堅硬的巖石外殼，像一個巖石球，溫度較高，沒有光環(huán)，衛(wèi)星極少甚至沒有。在太陽系外，類地行星的定義擴展到半徑在地球的一半到兩倍之間的行星。類地行星的命名源自拉丁語“Terra”，強調(diào)其與地球的相似性。

古巴比倫文明，他們記錄了水星、金星和火星等行星的運動，古代中國、中美洲、北歐文明也對水星、金星、火星等行星的運動進行了觀測。阿里斯塔克斯和哥白尼的日心說以及伽利略·伽利萊、約翰尼斯·開普勒和艾薩克·牛頓的貢獻進一步深化了對行星運動的理解。20世紀(jì)90年代，空間望遠鏡的出現(xiàn)為系外類地行星的研究增添更多的數(shù)據(jù)。1999年，HD 209458b的發(fā)現(xiàn)為類地行星的研究提供了新視角，即可以通過凌星現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)系外類地行星。2005年6月，在距離15光年遠的紅矮星Gliese 876旁發(fā)現(xiàn)了第一顆幾乎可以確定是類地行星的系外行星。這顆行星的質(zhì)量是地球的5至7倍，公轉(zhuǎn)恒星的周期只有兩個世界地球日的時間。2005年發(fā)現(xiàn)了圍繞主序星運行并顯示出類地行星跡象的系外行星:Gliese 876 d及OGLE-2005-BLG-390Lb。開普勒太空望遠鏡的發(fā)射顯著增加了系外行星的發(fā)現(xiàn)數(shù)量。2017年，TRAPPIST-1系統(tǒng)的七個類地行星的發(fā)現(xiàn)，為尋找宜居環(huán)境和外星生命提供了新希望。約翰尼斯·開普勒探測到的近地球大小的宜居帶候選行星大約有50個，其中30多個已被證實。K2發(fā)現(xiàn)的確認行星有389個。截至2020年11月，已確認的系外行星總數(shù)達到4301顆。盡管這些行星的具體特征尚待進一步研究，但科學(xué)家們已根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)對其可能的組成和環(huán)境進行了推測，如TRAPPIST-1系統(tǒng)中行星的巖石核心和大氣層。

類地行星可以分為硅酸鹽行星體、金屬行星體、冰巖行星體、巖石氣體行星和巖石氣體冰行星。在太陽系外，隨著天文學(xué)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多顆潛在的類地行星，例如Kepler-452b、Kepler-78b以及TRAPPIST-1 星系的行星，這些行星可能擁有海洋行星，為外星生命的存在提供了可能性。2011年1月，美國航空航天局（NASA）的開普勒任務(wù)宣布發(fā)現(xiàn)了第一顆巖石太陽系外行星開普勒-10b。2014年4月，開普勒-186f的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著首次在宜居帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)地球大小的行星?？茖W(xué)家們通過觀測和模型分析，深入研究了行星大氣的組成、結(jié)構(gòu)和演化，以及行星氣候系統(tǒng)。例如，馬克斯·普朗克太陽系研究所的研究揭示了多個天體大氣層的特性，而羅賓遜天文臺則開發(fā)了評估行星宜居性的大氣模型。關(guān)于行星形成和演化的新理論，如熱管冷卻過程，為理解行星表面特征提供了新的視角。

定義

類地行星（Terrestrial Planet），也稱為巖石行星(rocky planet)或（telluric planet），是一類主要由硅酸鹽巖石或金屬組成的天體，具有固體表面。太陽系中的類地行星包括水星、金星、地球和火星，和一顆類地矮行星，谷神星。它們相對較小，密度約為3-5g/cm3，中心有金屬核心，外層被石質(zhì)地殼包圍。類地行星與氣態(tài)巨行星（如木星和土星）形成鮮明對比，后者主要由氣體和冰組成。在太陽系外，類地行星的定義擴展到那些半徑大小在地球的一半到兩倍之間的行星，而超過這一范圍的巖石行星則被稱為超級地球。

命名

類地行星（Terrestrial Planet）的命名源自拉丁語“Terra”，意為地球，強調(diào)了它們與地球在結(jié)構(gòu)和組成上的相似性。"Terrestrial"一詞，源自14世紀(jì)晚期，意為“與地球相關(guān)或?qū)儆诘厍虻摹?。該詞由拉丁語"terrestris"（意為“地球的、陸地上的”）加上后綴"-al"構(gòu)成，而"terrestris"本身來源于拉丁語"terra"（意為“地球”），其詞根為原始印歐語的"*ters-"，意為“干燥”。最初，"terrestrial"與"celestial"相對，后者指“天體的”。"Terrestrial"在自然歷史領(lǐng)域中，表示“生活在陸地上”的含義，最早見于17世紀(jì)30年代。作為名詞，"terrestrial"意為“人類”或“凡人”，這一用法最早記錄于16世紀(jì)90年代。類地行星在不同語言中的稱謂如下：在拉丁語中，稱之為“planeta telluris”；在希臘語中，稱為“πλαν?τη? γηιν??”（gíinos planítis）；在日耳曼語中，稱為“terrestrischer Planet”；而在古英語中，則被稱為“eorelic planet”。

發(fā)現(xiàn)歷史

早期觀測

在人類對宇宙的觀測歷程中，早期的天文記錄起源于公元前1600年的古巴比倫文明，他們的記錄涵蓋了行星觀測及運行軌道、日月食等天象。巴比倫人觀察到五顆行星在恒星間移動，即水星、金星、火星等。古代中國、中美洲、北歐文明也對水星、金星、火星等行星的運動進行了觀測。水星的最早記錄出現(xiàn)在公元前1000年左右的穆拉石板上，而金星和火星的觀測記錄分別追溯到公元前1600年的巴比倫文獻和公元前2000年的古埃及。

古希臘羅馬時期，天文學(xué)家基于地心說，認為地球為中心，其他天體圍繞其旋轉(zhuǎn)。他們通過本輪和均輪的概念解釋行星的逆行現(xiàn)象。然而，薩摩斯島的阿里斯塔克斯提出了日心說，認為太陽是宇宙中心，這一理論在16世紀(jì)被尼古拉·哥白尼重新提出并發(fā)展，他將地球定位為圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的行星之一。

伽利略·伽利萊在16世紀(jì)末使用望遠鏡觀測天體，發(fā)現(xiàn)金星相位變化，支持了日心說。17世紀(jì)初，約翰尼斯·開普勒發(fā)現(xiàn)了描述行星運動的三大定律，而牛頓則發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，解釋了行星運動的原因。

鼎盛時期

20世紀(jì)90年代，隨著太空望遠鏡的出現(xiàn)，天文學(xué)家通過對一些恒星進行觀測研究，發(fā)現(xiàn)了多顆圍繞脈沖星和恒星運行的太陽系外行星。例如，圍繞脈沖星PSR B1257+12的三顆行星（質(zhì)量分別是地球的0.02、4.3和3.9倍），以及圍繞飛馬座51的飛馬座51b，最初被認為可能是類地行星，但后來證實為氣態(tài)巨行星。1992年，亞歷山大·沃爾茲森與弗里爾探測到脈沖星 PSR B1937+211257+12 脈沖到達時間存在周期性的變化，從而發(fā)現(xiàn)了圍繞著這顆毫秒脈沖星公轉(zhuǎn)的2顆質(zhì)量分別為4.3M⊕ (M⊕ 表示地球質(zhì)量)和3.9M⊕的伴星PSR 1257+12c、 d；在后續(xù)的觀測中，亞歷山大·沃爾茲森又發(fā)現(xiàn)了另外1顆質(zhì)量為0.02M⊕的行星PSR1257+12b。1995年，梅厄與迪迪?！た迤?/a>通過監(jiān)測一批K型和G型矮行星的視向速度變化，發(fā)現(xiàn)了第一顆圍繞類太陽恒星公轉(zhuǎn)的太陽系外行星飛馬座51b；這項重大的發(fā)現(xiàn)意味著系外行星探索時代的開始。

1999年，亨利等人與沙博諾等人分別獨立發(fā)現(xiàn)了存在凌星現(xiàn)象的系外行星HD 209458b，這顆與飛馬座51b類似的系外行星，同樣也是圍繞一顆類太陽恒星公轉(zhuǎn)。2005年，發(fā)現(xiàn)了圍繞主序星運行并顯示出類地行星跡象的行星：Gliese 876 d和OGLE-2005-BLG-390Lb。另一顆可能的類地行星HD 85512 b于2011年被發(fā)現(xiàn);它的質(zhì)量至少是地球的 3.6 倍。但由于太陽系外行星距離地球太遠而且本身不發(fā)光，地基望遠鏡對系外行星的探測能力有限，自1992年發(fā)現(xiàn)首顆太陽系外行星，到2009年約翰尼斯·開普勒望遠鏡發(fā)射前，人類僅發(fā)現(xiàn)400余顆系外行星。2009年開普勒太空望遠鏡的發(fā)射使太陽系外行星發(fā)現(xiàn)的數(shù)量提高了1個量級，擴充了系外行星的研究樣本。開普勒太空望遠鏡是專門設(shè)計用于通過凌日法來發(fā)現(xiàn)圍繞其他恒星運行的地球大小行星的太空望遠鏡。此后，開普勒太空天文望遠鏡團隊公布了1235顆太陽系外行星候選者的名單，其中包括六顆“地球大小”或“超地球大小”（即它們的半徑小于地球的兩倍），其中許多位于宜居帶內(nèi)。開普勒-10b，作為首顆被確認的系外類地行星，于2011年由開普勒太空望遠鏡探測到。2017年，美國航空航天局宣布在一顆名為TRAPPIST-1的恒星的宜居帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)了七個地球大小的巖石行星，這是迄今為止在單一恒星周圍發(fā)現(xiàn)的最多數(shù)量的類地行星。這些行星表面可能存在水，為尋找外星生命提供了新的希望。2018年的進一步研究顯示，這些行星中的一些可能擁有比地球海洋更多的水，以大氣水蒸氣、液態(tài)水或冰的形式存在。這些研究還更精確地確定了每顆行星的密度，使TRAPPIST-1成為除我們太陽系外最了解的行星系。開普勒式望遠鏡在2018年11月結(jié)束了探測太陽系外行星的使命。同年4月，凌星法系外行星搜尋衛(wèi)星凌日系外行星勘探衛(wèi)星發(fā)射升空。2020年9月，天文學(xué)家首次利用微引力透鏡技術(shù)發(fā)現(xiàn)了一顆質(zhì)量與地球相當(dāng)?shù)?a href="/hebeideji/637715521912648017.html">無家可歸行星，名為OGLE-2016-BLG-1928，它在銀河系中自由漂浮，沒有圍繞任何恒星運行。截止到2020年11月10日，通過采用不同的探測儀器與方法，天文學(xué)家共發(fā)現(xiàn)并確認了4301顆系外行星。

盡管這些行星的確切外觀尚不明確，因為它們距離遙遠且相對于其宿主星非常暗淡，但科學(xué)家們根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)對它們的外觀做出了最佳推測。TRAPPIST-1b可能擁有一個巖石核心和比地球更厚的大氣層。TRAPPIST-1c同樣可能有巖石內(nèi)部，但大氣層較薄。TRAPPIST-1d是這些行星中最輕的，科學(xué)家對其大氣層、海洋或冰層的存在尚不確定。TRAPPIST-1e是系統(tǒng)中唯一密度略高于地球的行星，可能擁有更密集的鐵核心。TRAPPIST-1f、g和h由于距離宿主星較遠，其表面可能覆蓋著冰。如果它們擁有薄大氣層，可能不會包含地球上的重分子，如二氧化碳。

性質(zhì)與特征

物理性質(zhì)

類地行星，具有相似的結(jié)構(gòu)特征：它們擁有金屬核心，外圍是硅酸鹽地幔，幾乎沒有氫、氦或冰，因為它們離太陽較近，這些物質(zhì)難以在表面凝固。類地行星表面普遍存在峽谷、隕石坑、山脈和火山等地貌，其形成與水的存在和構(gòu)造活動密切相關(guān)。類地行星質(zhì)量體積密度都跟地球差不多或比地球小。太陽系內(nèi)的類地行星具體參數(shù)如下：

軌道性質(zhì)

太陽系內(nèi)的類地行星沿著橢圓形的軌道圍繞太陽運行，這導(dǎo)致它們與太陽之間的距離在其軌道周期內(nèi)發(fā)生輕微變化。太陽系內(nèi)的類地行星，包括水星、金星、火星和地球，與太陽的平均距離相對較近。根據(jù)約翰尼斯·開普勒的第三定律，行星的公轉(zhuǎn)周期（即繞太陽一周所需的時間）的平方與其平均軌道半徑（即距離太陽的平均距離）的立方成正比。這意味著行星距離太陽越近，其公轉(zhuǎn)周期就越短。在橢圓軌道上運行時，行星的速度會發(fā)生變化。根據(jù)開普勒的第二定律，即等面積定律，行星在軌道上靠近太陽的一側(cè)移動速度較快，而在遠離太陽的一側(cè)移動速度較慢。這種速度變化確保了行星在軌道上掃過的面積速率保持恒定。此外，大多數(shù)太陽系內(nèi)類地行星的軌道平面大致相同，除了水星的軌道傾角較大，其他行星繞太陽運行的軌道傾角與地球軌道的傾角相差不大，通常只有幾度。這種軌道的共面性和較小的轉(zhuǎn)軸傾角是太陽系的一個顯著特征。軌道性質(zhì)具體如下：

大氣層

類地行星的巖石表面上有相對稀薄的大氣層。類地行星的大氣層通常由火山活動或彗星撞擊產(chǎn)生，與氣態(tài)巨行星不同，后者的大氣層主要源自原始太陽星云。類地行星的大氣成分與行星的大小、質(zhì)量、溫度和形成過程有關(guān)，對生命的存在至關(guān)重要。地球上的生命使得大氣富含氧氣，而水星由于缺乏大氣層，表面存在水冰。金星擁有厚重的二氧化碳大氣層，而火星的稀薄大氣層中存在水蒸氣。大氣主要成分如下

磁場

地球的磁場，即詹姆斯·范艾倫帶，保護地球免受來自太陽的高能帶電粒子的轟擊。如果沒有了磁場，臭氧層將會受到來自太陽的粒子的嚴(yán)重破壞，大氣層會被逐漸剝離而逃逸到外層空間。人們能夠在地球磁北極和磁南極洲看到太陽風(fēng)的影響，當(dāng)這些來自太陽的高能帶電粒子與空氣中的分子發(fā)生碰撞時，就會產(chǎn)生極光。水星有一個非常微弱的磁場。金星幾乎沒有磁場，并且在太陽風(fēng)的影響下持續(xù)緩慢地失去其厚重的大氣。火星在其表面的不同位置都有局部區(qū)域磁場，但沒有全球磁場。盡管火星相比于金星處于與太陽更安全的距離，但前者的大氣仍持續(xù)受到太陽風(fēng)的破壞。地質(zhì)學(xué)研究表明，火星曾經(jīng)擁有過像地球那樣的磁場，但磁場隨著火星內(nèi)核的冷卻而逐漸消失了。

衛(wèi)星

類地行星的衛(wèi)星數(shù)量較少，水星和金星沒有衛(wèi)星，地球有一顆衛(wèi)星，火星有兩顆衛(wèi)星。此外，類地行星沒有行星環(huán)系統(tǒng)。地球的月球和火星的衛(wèi)星對它們的環(huán)境產(chǎn)生了影響。

太陽系內(nèi)類地行星的密度趨勢

類地行星的未壓縮密度是指在零壓力條件下，其物質(zhì)的平均密度。未壓縮密度越高，表明該行星的金屬含量越豐富。未壓縮密度與行星的真實平均密度（也稱為“體積”密度）不同，因為行星核心的壓縮會提高其密度。真實平均密度受到行星大小、溫度分布、材料剛度以及成分的影響。估算未壓縮密度需要對行星結(jié)構(gòu)進行建模。在有登陸器或多顆軌道航天器提供數(shù)據(jù)的情況下，這些模型會受到地震學(xué)數(shù)據(jù)和由航天器軌道得出的轉(zhuǎn)動慣量數(shù)據(jù)的約束。在缺乏這些數(shù)據(jù)的情況下，不確定性會相應(yīng)增加。

太陽系內(nèi)類地行星的未壓縮密度隨著距離太陽的增加而趨向于降低，這與從木星向外的伽利略衛(wèi)星所顯示的趨勢相似。然而，對于土星或天王星的冰衛(wèi)星，這種趨勢并不明顯。冰質(zhì)世界通常具有低于2 g·cm^?3的密度。厄里斯（Eris）的密度顯著更高（2.43±0.05 g·cm^?3），可能主要由巖石構(gòu)成，表面覆蓋著冰，類似于木衛(wèi)二（Europa）。目前尚不清楚系外地行星是否普遍遵循這一趨勢。下表列出了太陽系里的類地行星的密度。

分類

硅酸鹽行星體

硅酸鹽行星體主要由硅酸鹽巖石構(gòu)成，且鐵含量小于50%。太陽系中的類地行星體包括金星、地球、火星。這些行星的組成大約65-75%為硅酸鹽巖石，25-35%為鐵。類地行星的結(jié)構(gòu)通常包括由鐵-金屬、鐵或硫化鐵組成的固體或液態(tài)核心，硅酸鹽地幔和硅酸鹽外殼。根據(jù)質(zhì)量半徑關(guān)系，已知的系外硅酸鹽行星包括開普勒-10b、開普勒36b、開普勒78b和開普勒93b。

金屬行星體

金屬行星體（RM）是“金屬”行星，其主要成分為巖石，但金屬的質(zhì)量占比超過50%。在太陽系中，水星是唯一的金屬行星體，其鐵核約占行星總質(zhì)量的64%，占據(jù)行星半徑的約75%。水星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括硅酸鹽地幔和地殼。此外，太陽系外行星CoRoT 7-b（質(zhì)量約為5.74地球質(zhì)量，密度為7.5 g/cm3）被認為是金屬行星體的候選者。

冰巖行星體

巖行星（RI）的分類則包括那些主要由巖石構(gòu)成（巖石質(zhì)量超過50%），但含有顯著比例天體冰的行星。太陽系中的冰巖行星體如谷神星（Ceres）、冥王星（Pluto）和鬩神星（Eris）。這些行星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常包含巖石或鐵核心，硅酸鹽地幔，可能存在內(nèi)部液態(tài)水層，以及冰外殼。系外行星中，冰巖行星候選者包括質(zhì)量在超級地球到海王星之間的行星，例如開普勒-10c、開普勒68b、HD97658b和開普勒18b。某些冰巖超級地球可能是木衛(wèi)三的放大版本。這些行星的結(jié)構(gòu)可能包括一個由巖石構(gòu)成的核心，周圍環(huán)繞著富含水的外殼，或者在特定條件下，可能是一個海洋行星，其高壓冰和巖石核心之上有50公里到475公里厚的海洋覆蓋。

巖石氣體行星和巖石氣體冰行星

巖石氣體行星（RG）和巖石氣體冰行星（RIG）是兩類特殊的太陽系外行星，它們屬于超級地球和亞海王星的范疇。這些行星的半徑擴張主要是由質(zhì)量不到10%的氫/氦氣體外殼引起的，而非天體冰。RG行星的核心主要由巖石組成，占行星總質(zhì)量的90%以上，并且被氫/氦氣體包圍。已知的RG類候選行星包括開普勒11c-f和開普勒20c。而GJ 436b和HD97658b等行星的數(shù)據(jù)表明，它們可能屬于RIG類，即巖石成分超過50%，但外殼由天體冰和氫/氦氣體混合構(gòu)成。

碳行星體

碳行星（也稱為“鉆石行星”）是天文學(xué)理論中存在的一類特殊的行星，它們主要由金屬核心構(gòu)成，并被主要由碳基礦物組成的地幔所包圍。如果金屬成分占主導(dǎo)地位，這類行星可以被視為一種特殊的類地行星。在我們的太陽系中，尚未發(fā)現(xiàn)此類行星，但存在含有碳質(zhì)的小型天體，如谷神星（Ceres）和海吉亞（Hygiea）。谷神星是太陽系中已知最大的矮行星，但其核心是巖石還是金屬構(gòu)成尚不明確。

無核行星

在天文學(xué)理論中，存在一種假想的固體行星類型，這類行星由硅酸鹽巖石構(gòu)成，但缺乏金屬核心，與鐵質(zhì)行星形成對比。盡管在我們的太陽系中尚未發(fā)現(xiàn)無核心的行星，但含有豐富碳質(zhì)的球粒隕石小行星和隕石是常見的。例如，谷神星（Ceres）和帕拉斯（Pallas）的礦物成分與碳質(zhì)球粒隕石相似，盡管帕拉斯的含水量明顯較低。據(jù)推測，無核心行星可能在距離恒星較遠的地方形成，那里揮發(fā)性氧化物質(zhì)更為豐富。

太陽系內(nèi)的類地行星

地球所在的太陽系有四顆類地行星：水星、金星、地球和火星，和一顆類地矮行星，谷神星。在太陽系形成的過程中，可能有更多的類地小行星，但它們要么相互合并，要么被摧毀。

地球（Earth）

地球，作為太陽系中體積最大的類地行星，擁有獨特的液態(tài)水分布，這一特征在太陽系中獨樹一幟。地球表面主要由巖石構(gòu)成，孕育著多樣化的生態(tài)系統(tǒng)，從深海的暗礁到高山的頂峰，生命無處不在。地球的大氣層富含氧氣，對于維持適宜生命居住的環(huán)境至關(guān)重要，它不僅調(diào)節(jié)著全球氣候，還通過溫室效應(yīng)保持了適宜的溫度。

地球的磁場為行星提供了一層保護屏障，抵御了太陽風(fēng)的直接侵襲，而地球內(nèi)部的板塊構(gòu)造活動則不斷塑造著地表的地貌，形成了山脈、大陸和海洋。這些自然過程共同作用，使得地球成為了一個充滿生機的星球，至今仍然是太陽系中唯一已知存在復(fù)雜生命形式的天體。

金星（Venus）

金星，地球的近鄰，其體積與地球相似，然而其大氣層主要由二氧化碳組成，這導(dǎo)致了極端的溫室效應(yīng)，使得金星表面溫度異常高。金星的地貌以火山和深的峽谷為特征。盡管金星的環(huán)境條件對生命極為不適宜，其地質(zhì)活動和大氣組成仍然是天文學(xué)和行星科學(xué)領(lǐng)域的重要研究對象。金星是少數(shù)沒有已知衛(wèi)星的行星之一。

水星（Mercury）

水星，太陽系中體積最小的類地行星，其大小約為地球的三分之一。這顆行星擁有一層極為稀薄的大氣層，表面布滿了撞擊形成的深坑。水星的內(nèi)部主要由鐵和鎳構(gòu)成。由于水星過于靠近太陽，使得它的表面溫度波動極大。水星沒有衛(wèi)星，且其磁場相對較弱，這使得太陽風(fēng)能夠直接作用于其表面。

火星（Mars）

火星以其獨特的紅色外觀和太陽系中最高的山峰——奧林帕斯山而聞名。這顆行星的表面布滿了古老的隕石坑，顯示出其悠久的歷史?；鹦堑臉O地地區(qū)存在冰蓋，且有跡象表明在火星的過去可能存在液態(tài)水。盡管火星的大氣層相對稀薄，主要由二氧化碳構(gòu)成，但它仍然能夠維持一層薄薄的水蒸氣云?；鹦堑膬深w衛(wèi)星，火衛(wèi)一和火衛(wèi)二，以及其地下可能存在的水冰，使得火星成為未來太空探索和潛在生命研究的焦點。盡管目前尚未在火星上發(fā)現(xiàn)生命跡象，但火星表面的水冰和有機化合物的存在為未來的科學(xué)探索提供了希望。

太陽系外類地行星

太陽系外的類地行星，盡管數(shù)量較少，但隨著觀測技術(shù)的進步，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)百顆潛在的類地太陽系外行星，其中一些已被確認。這些行星大多屬于超級地球，即質(zhì)量介于地球和海王星之間。大多數(shù)已知的超地球行星很可能是類似于海王星的氣體行星。通過對系外行星質(zhì)量和半徑關(guān)系的分析，觀察到在大約兩倍地球質(zhì)量時存在一個轉(zhuǎn)變點，這表明在這個質(zhì)量水平上，行星開始積累顯著的氣體包層。特別是，地球和金星可能已經(jīng)接近于巖石行星通常能夠維持的最大尺寸。然而，也有例外，如那些靠近恒星的行星，它們的揮發(fā)性大氣可能已被剝離。

Kepler-452b

Kepler-452b是一顆具有地球類似特性的系外類地行星。Kepler-452b位于一個比地球年齡大15億年的恒星系統(tǒng)中，這意味著任何技術(shù)先進的物種可能比我們領(lǐng)先超過十億年。在Coruscant，居民不僅擁有完全工程化的行星表面，還有工程化的氣候。在Kepler-452b上，隨著其恒星能量輸出的增加，條件變得越來越溫暖，這是恒星高齡化的癥狀。如果這顆比地球大1.6倍的行星真的存在技術(shù)生命形式，那么也許在那里需要進行一些氣候工程。

Kepler-78b

Kepler-78b是一顆體積與地球相仿的系外類地行星，表面可能被熔巖覆蓋，形成持續(xù)的火海。該行星的體積比地球大約20%，質(zhì)量是地球的兩倍。Kepler-78b的密度接近地球，表明它主要由巖石和鐵構(gòu)成。盡管其成分適宜開采，但由于其軌道過于靠近恒星致使表面溫度極高，這使得在該行星上進行工業(yè)活動變得極為困難。

Kepler-10b

Kepler-10b并不宜居。這是使用開普勒太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)的第一個系外類地行星。Kepler-10b緊貼著它的太陽，比水星離我們的太陽近約20倍。在Kepler-10b上，溫暖的一天意味著白天最高溫度超過2500華氏度（1371攝氏度），甚至比地球上流動的巖漿還要熱。該行星表面沒有任何大氣層，可能充滿了鐵和硅酸鹽，處于沸騰狀態(tài)。

CoRoT-7b

CoRoT-7b是一顆由法國CoRoT衛(wèi)星在2010年發(fā)現(xiàn)的系外類地行星，距離地球約480光年，其直徑比地球大70%，質(zhì)量約為地球的五倍。這顆行星的溫度高達3600華氏度（約1982攝氏度）。CoRoT-7b可能是一顆曾經(jīng)與土星大小相似的行星的殘余，其軌道非常接近其恒星，導(dǎo)致其恒星在天空中的視角遠大于我們的太陽，使得行星的向陽面持續(xù)處于熔化狀態(tài)。

OGLE-2005-BLG-390

OGLE-2005-BLG-390，是一顆寒冷的超級地球，可能是一顆未能成長為氣體巨星的系外類地行星。它的質(zhì)量為地球的五倍，表面被深凍所困，估計表面溫度為零下364華氏度（約零下220攝氏度）。天文學(xué)家在2005年利用一種稱為微引力透鏡的行星探測技術(shù)發(fā)現(xiàn)了這顆行星，這是該技術(shù)早期揭示外行星能力的展示之一。在微引力透鏡現(xiàn)象中，遠處恒星的背景光被用來揭示更靠近我們的恒星周圍的行星。這顆行星位于銀心附近，那里恒星密度較高，使得微引力透鏡事件更有可能發(fā)生。揭示OGLE-2005-BLG-390的一次性事件是由光學(xué)引力透鏡實驗（OGLE）捕獲，并由其他儀器確認。

TRAPPIST-1

2017年，美國航空航天局宣布在一顆恒星的宜居帶中發(fā)現(xiàn)了一組地球大小的行星，稱為TRAPPIST-1。TRAPPIST-1是一組七個地球大小的系外類地行星，這是迄今為止在單一恒星周圍發(fā)現(xiàn)的最多數(shù)量的類地行星。這些行星表面可能存在水，為尋找外星生命提供了新的希望。2018年的進一步研究顯示，這些行星中的一些可能擁有比地球海洋更多的水，以大氣水蒸氣、液態(tài)水或冰的形式存在。這些研究還更精確地確定了每顆行星的密度，使TRAPPIST-1成為除我們太陽系外最了解的行星系。

盡管這些行星的確切外觀尚不明確，因為它們距離遙遠且相對于其宿主星非常暗淡，但科學(xué)家們根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)對它們的外觀做出了最佳推測。TRAPPIST-1b可能擁有一個巖石核心和比地球更厚的大氣層。TRAPPIST-1c同樣可能有巖石內(nèi)部，但大氣層較薄。TRAPPIST-1d是這些行星中最輕的，科學(xué)家對其大氣層、海洋或冰層的存在尚不確定。TRAPPIST-1e是系統(tǒng)中唯一密度略高于地球的行星，可能擁有更密集的鐵核心。TRAPPIST-1f、g和h由于距離宿主星較遠，其表面可能覆蓋著冰。如果這些行星擁有薄大氣層，它們可能不會包含地球上的重分子，如二氧化碳。

OGLE-2013-BLG-0341LBb

OGLE-2013-BLG-0341LBb是一顆在2013年4月11日首次被觀測到的系外類地行星，其發(fā)現(xiàn)是通過光學(xué)引力透鏡實驗（OGLE）的望遠鏡數(shù)據(jù)實現(xiàn)的。這顆行星的發(fā)現(xiàn)對于天文學(xué)領(lǐng)域具有重要意義，因為它位于一個距離地球約3000光年的雙星系統(tǒng)中，這為理解類地行星在宇宙中的形成位置和搜尋方法提供了新的視角。

OGLE-2013-BLG-0341Lb的質(zhì)量大約是地球的兩倍，它圍繞雙星系統(tǒng)中的一顆恒星運行，其軌道半徑與地球繞太陽的軌道半徑相似，大約為9000萬英里。然而，由于其主星的亮度僅為太陽的1/400，這顆行星的表面溫度極低，大約為60開爾文（相當(dāng)于-213攝氏度），這使得它的溫度比木星的冰冷衛(wèi)星木衛(wèi)二還要低。雙星系統(tǒng)中的另一顆恒星與主星的距離大約與土星到太陽的距離相當(dāng)，但這顆伴星同樣非常暗淡。

Kepler-11 b

Kepler-11是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最完整、最緊湊的行星系統(tǒng)。美國航空航天局的開普勒太空望遠鏡于2010年發(fā)現(xiàn)了六顆由巖石和氣體混合組成的行星，它們圍繞著一顆距離地球約2000光年的黃矮星運行。Kepler-11b離它的恒星的距離為0.091 AU比地球離太陽近10倍，公轉(zhuǎn)一周只需要10.3天。Kepler-11b的質(zhì)量是地球的1.9倍，行星的半徑是地球的1.8倍。

類地行星的比例

根據(jù)2013年基于開普勒太空任務(wù)數(shù)據(jù)的天文學(xué)家報告，銀河系中可能存在多達400億顆地球大小和超地球大小的行星，它們圍繞類太陽恒星和紅矮星在宜居帶運行。這些估計中，大約110億顆這樣的行星可能圍繞類太陽恒星運行?？茖W(xué)家們指出，最近的這類行星可能距離我們只有12光年。然而，這并不能估計太陽系外類地行星的數(shù)量，因為已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有的行星雖然體積與地球相近，但卻是氣態(tài)巨行星（例如開普勒-138d）。

進一步的估計顯示，大約80%的潛在宜居世界被陸地覆蓋，而大約20%是海洋行星。那些與地球比例相似（即陸地占30%，海洋占70%）的行星僅占這些行星的1%。

部分系外類地行星

觀測與探測

當(dāng)一顆不發(fā)光的行星緊鄰一顆明亮的恒星（例如太陽）時，科學(xué)家通常無法直接探測到該行星，因為它反射的光線會被恒星的強烈光芒所淹沒。因此，科學(xué)家們必須開發(fā)間接的探測技術(shù)來發(fā)現(xiàn)這些行星的存在。這些技術(shù)包括凌星法（行星通過恒星前方時造成的恒星亮度微小變化）和徑向速度法（行星引力對恒星造成的微小運動），以及其他先進的天文觀測方法。

業(yè)余觀測

在無需借助光學(xué)設(shè)備的情況下，人們可以直接觀察到的類地行星包括水星、金星和火星。這些是古人所知道的經(jīng)典行星?；鹦堑淖罴延^測時機是在它處于沖日位置時，即地球位于火星和太陽之間，此時火星在太陽落山后升起，整夜可見。至于金星和水星，它們在接近最大角距時，即與太陽的角距離最大時，最容易被觀察到。在這些時刻，金星和水星在天空中的可見度最高，因為它們相對于太陽的位置使得它們在日落后或日出前的一段時間內(nèi)可見。

專業(yè)觀測

觀察水星的最佳時機是在它處于距角位置，即在東方早晨天空中太陽的西側(cè)，或在傍晚天空中太陽的東側(cè)。在這些時刻，水星位于天空中的較高位置，便于觀察。為了減少天空中藍光的干擾，建議使用黃色或橙色濾光片來觀察水星。

金星相對于水星更容易通過望遠鏡觀察。其大氣層的特征包括從塵土飛揚的陰影到亮點。尋找以地球赤道為中心的巨大C形或Y形特征。使用#47（紫羅蘭色）濾鏡和8英寸口徑的望遠鏡，可以清晰地觀測。

對于火星的觀察，使用高倍率望遠鏡可以觀察到由風(fēng)力作用在火星山脈和火山上形成的地形云。為了更好地觀察這些云層，建議使用#80A（藍色）或#47（紫色）濾鏡。此外，還可以觀察火星在日出和日落時的云層，這些云層是明亮且孤立的表面霧斑。通常，傍晚時分的云層更為龐大且數(shù)量眾多。

科學(xué)探測

探測方法

多普勒效應(yīng)探測法

當(dāng)一顆發(fā)光的恒星向地球靠近時，其發(fā)出的光譜會向短波長和高頻率方向偏移，這一現(xiàn)象稱為藍移。相反，當(dāng)恒星遠離地球時，光譜會向長波長和低頻率方向偏移，即發(fā)生紅移。行星圍繞恒星運行時，其引力會對恒星產(chǎn)生影響，導(dǎo)致恒星在由行星軌道造成的橢圓軌道上運動。因此，恒星在某些時刻會向地球靠近，而在其他時刻則會遠離地球。這種恒星相對于地球的運動變化會引起其光譜線的多普勒頻移。通過測量這些頻移，科學(xué)家可以間接推斷出恒星周圍存在行星的可能性。這種基于多普勒效應(yīng)的觀測方法是一種重要的太陽系外行星探測技術(shù)。

互相關(guān)技術(shù)

在對恒星進行觀測時，科學(xué)家們不僅關(guān)注單一譜線的多普勒頻移，而是綜合分析所有受到多普勒效應(yīng)影響的譜線的集體偏移。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，他們使用了一種名為CORAVEL的光譜儀。CORAVEL光譜儀內(nèi)部裝有一塊帶有精確孔洞的平板，這些孔洞的位置與預(yù)期中恒星光譜中的暗譜線位置相對應(yīng)。當(dāng)恒星的暗譜線與孔洞對齊時，探測器接收到的透射光量最小。如果由于系外行星的引力作用導(dǎo)致恒星發(fā)生多普勒頻移，那么恒星的暗譜線位置相對于孔洞會發(fā)生改變，從而使得透射光量增加。

為了校正這種頻移，需要調(diào)整平板的位置，使其孔洞再次與恒星的暗譜線對齊，以恢復(fù)透射光量的最小值。通過測量在恒星軌道上的兩個不同位置時平板的移動距離，研究人員可以確定恒星光譜線的多普勒頻移。結(jié)合其他測量數(shù)據(jù)，這些頻移信息可以幫助科學(xué)家了解圍繞恒星運行的太陽系外行星的特性。

探測

1962年，蘇聯(lián)的金星一號（Venera 1）成為首個飛越行星的航天器。同年，美國的水手2號（Mariner 2）是首個成功傳回數(shù)據(jù)的航天器。1978年，美國的先鋒2號（Pioneer 2）向金星表面發(fā)射了小型探測器，這兩個探測器在著陸后均成功存活并傳回了數(shù)據(jù)。2004年至2015年間，美國的信使號（MESSENGER）航天器繞水星軌道運行，收集了關(guān)于水星地質(zhì)、磁場和化學(xué)成分的重要數(shù)據(jù)。

2004年，美國的火星探測車勇氣號火星探測器（Spirit）和機遇號火星探測器（Opportunity）成功著陸火星。這兩輛探測車裝備了全景相機，能夠拍攝高分辨率的360度全景圖像，并配備了類似人類手臂的機械臂，用于抓取巖石和土壤樣本進行分析。火星好奇號火星探測器（Curiosity）探測器則配備了尋找水、能源和碳的全套儀器。

開普勒太空望遠鏡（Kepler Space Telescope）的主要任務(wù)是尋找圍繞其他恒星運行的類地行星。在其任務(wù)期間，開普勒太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)了超過2600顆太陽系外行星。該航天器主要由一個直徑1米的望遠鏡和圖像傳感器陣列組成，其望遠鏡的主鏡直徑為1.4米。開普勒太空望遠鏡通過監(jiān)測恒星亮度在行星凌星（即行星從恒星前方經(jīng)過時）的微小變化來探測這些行星。

重大事件

2011年1月美國航空航天局的開普勒任務(wù)宣布發(fā)現(xiàn)了第一顆巖石系外行星這是迄今為止在太陽系外發(fā)現(xiàn)的最小的行星。開普勒-10b的體積是地球的1.4倍，密度相當(dāng)于一個鐵啞鈴，重量是地球質(zhì)量的4.6倍。它的溫度也非常高，其軌道距離恒星的距離是水星距離太陽的距離的20多倍。

2014年4月開普勒太空望遠鏡團隊宣布發(fā)現(xiàn)了一顆位于宜居帶中的地球大小行星，這是首次在宜居帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)類似地球大小的行星。這顆行星被命名為開普勒-186f，其直徑僅比地球大10%，并且被認為是一顆系外類地行星。開普勒-186f圍繞一顆距離地球大約500光年的恒星運行，該恒星的體積約為太陽的一半。由于其位于宜居帶內(nèi)，科學(xué)家推測開普勒-186f的表面可能存在液態(tài)水，這對于支持生命的存在至關(guān)重要。

2015年7月開普勒太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)了一顆名為開普勒452b的行星，它被認為是地球的一個更大、更年長的“表親”。這顆行星的體積約為地球的1.6倍，它的顯著特點是圍繞一顆G2型恒星運行，其軌道周期為385天，與地球的軌道周期相似，且該恒星與我們的太陽在質(zhì)量和特性上也有相似之處。開普勒-452b因其大小和軌道特性被歸類為“超級地球”，如果它是一顆類地行星，那么其表面可能存在液態(tài)水。然而，關(guān)于這顆行星的具體成分和環(huán)境條件，目前尚不明確。

2016年5月開普勒太空望遠鏡總共發(fā)現(xiàn)1,200多顆太陽系外行星，近40%可能是類地行星，其成分與地球相似。

2016年8月，天文學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)了一顆可能是巖石構(gòu)成的系外行星，其體積略大于地球。這顆名為比鄰星b的行星圍繞距離我們最近的恒星——比鄰星（Proxima Centauri）運行。比鄰星b的軌道位置處于其恒星的宜居帶內(nèi)，這意味著其表面有可能存在液態(tài)水，這是生命存在的關(guān)鍵條件之一。

2017年2月，美國航空航天局（NASA）宣布了一項重大發(fā)現(xiàn)：在距離地球大約40光年的紅矮星TRAPPIST-1周圍，發(fā)現(xiàn)了七顆地球大小的行星。這些行星的體積都在類地行星的體積大小范圍內(nèi)，并且其中一些行星位于其母星的宜居帶內(nèi)，這意味著這些行星的表面溫度可能適宜液態(tài)水的存在。科學(xué)家們將致力于探索這些行星是否擁有大氣層、海洋，以及是否存在生命跡象等關(guān)鍵問題。

2025年6月3日，由中國科學(xué)院云南天文臺牽頭的國際研究團隊，在一顆類似太陽的恒星周圍發(fā)現(xiàn)一顆位于宜居帶的超級地球Kepler-725c，它的質(zhì)量大約是地球質(zhì)量的10倍。這顆“超級地球”圍繞一顆名為Kepler-725的G9V型宿主恒星運行。該宿主恒星的光譜型與太陽相似，但它比太陽年輕，年齡僅為16億年，表面的磁場活動要比太陽活動更為劇烈。該“超級地球”位于Kepler-725的宜居帶——一個適合液態(tài)水存在的區(qū)域，被認為是類地生命誕生的關(guān)鍵條件。它繞宿主恒星運行一圈大約需要207.5天，與地球的公轉(zhuǎn)周期相近。此項成果發(fā)表在國際著名科學(xué)期刊《自然-天文》（Nature 天文學(xué)）上，這也是在國際上首次利用凌星中間時刻變化反演技術(shù)在類太陽恒星的宜居帶發(fā)現(xiàn)此類行星。

2026年2月，由英國華威大學(xué)牽頭的國際天文學(xué)家團隊在《科學(xué)》雜志發(fā)表一項關(guān)于“亂序”行星結(jié)構(gòu)的研究成果。科學(xué)家們在紅矮星LHS1903系統(tǒng)外圍發(fā)現(xiàn)兩顆氣態(tài)巨行星之外存在一顆遠離恒星的巖質(zhì)行星，與太陽系“內(nèi)巖質(zhì)、外氣態(tài)”的排列完全相反。

學(xué)術(shù)研究

馬克斯·普朗克太陽系研究所的“行星大氣”研究團隊采用亞毫米波光譜技術(shù)，對包括金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、土衛(wèi)六以及太陽系外行星在內(nèi)的多個天體的大氣層進行了深入研究。這些研究涵蓋了大氣層的成分、結(jié)構(gòu)、動力學(xué)、化學(xué)特性、熱力學(xué)循環(huán)以及演化歷史。研究團隊通過觀測數(shù)據(jù)和復(fù)雜的模型進行計算與驗證，以增進對這些行星大氣的理解。

此外，該團隊還專注于研究太陽系內(nèi)其他行星的環(huán)流模式和輻射傳輸?shù)娜蛐?a href="/hebeideji/4447422502013739726.html">建模，以及火星大氣中水和二氧化碳的循環(huán)機制。他們還對火星上的沙塵暴現(xiàn)象進行了觀測和建模分析，以期更全面地理解這些現(xiàn)象對火星大氣環(huán)境的影響。這些研究工作對于揭示行星大氣的復(fù)雜性和行星氣候系統(tǒng)至關(guān)重要。

杰森·豪爾赫（Jason Hall）和羅賓·華茲華斯（Robin Wordsworth）合作，利用一維輻射對流模型對早期火星的溫室效應(yīng)進行了模擬研究。他們探究了火星表面現(xiàn)代特征，如峽谷、三角洲和湖床，這些特征暗示了火星曾有液態(tài)水存在，但支持液態(tài)水存在的氣溫條件仍然是個未解之謎。通過向模擬的火星大氣中添加溫室氣體，他們分析了這些氣體對火星表面溫度、長波輻射和大氣輻射平衡的影響。

羅賓遜天文臺的研究團隊則開發(fā)了不同復(fù)雜度的大氣模型（1D、2D、3D），用于模擬太陽系中金星、地球、火星和土衛(wèi)六的大氣層及其可居住性，并評估這些行星大氣和氣候隨時間的演變。這些研究為理解類地行星的氣候歷史和潛在的宜居性提供了新的視角。

2017年來自美國航空航天局、漢普頓大學(xué)和路易斯安那州立大學(xué)的科學(xué)家們提出了一種新理論，解釋了類地行星如地球、水星、金星和火星的形成和演化。這一理論基于對木星衛(wèi)星木衛(wèi)一的潮汐加熱現(xiàn)象的研究，認為熱管冷卻是這些行星早期演化的關(guān)鍵過程。熱管冷卻涉及地幔熔化和巖漿上升，將內(nèi)部熱量輸送至地表，導(dǎo)致全球性火山活動，形成新的地殼。這一過程可能解釋了這些行星表面的共同特征，如水星的光滑平原和火星的地殼二分法。研究團隊在《地球與行星科學(xué)快報》上發(fā)表的論文中討論了這一理論，并指出它可能適用于其他恒星系中的巖石行星。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的行星形成理論，為理解類地行星的演化提供了新的視角。

生命的可能

類地行星上生命存在的可能性受到多種條件的制約，這些條件基于地球生命形成的經(jīng)驗。首先，類地行星的母恒星應(yīng)處于適宜的年齡，既不宜過年輕以避免強烈的恒星活動，也不宜過老以確保有足夠的時間供生命演化。其次，母恒星應(yīng)位于星系的宜居帶，避免星系中心的強烈輻射，同時確保行星能夠利用足夠的資源。

母恒星的質(zhì)量也需適中，以維持適宜的熱核反應(yīng)和生命周期，為行星提供穩(wěn)定的能源。類地行星的質(zhì)量同樣重要，適中的質(zhì)量可以維持適宜的引力，既不會阻礙生命形成，也不會因引力過小而無法保持大氣層。行星的年齡越長，其地質(zhì)活動趨于穩(wěn)定，為生命的發(fā)展提供更有利的環(huán)境。

此外，類地行星應(yīng)位于其母恒星的宜居帶內(nèi)，以確保接收到適宜的輻射量，既不過多也不不足，以支持生命的存續(xù)。太陽系中，地球位于宜居帶內(nèi)，而火星則接近這一區(qū)域，但由于大氣層稀薄，難以支持復(fù)雜生命。2017年，美國航空航天局發(fā)現(xiàn)了TRAPPIST-1星系，其中三顆行星位于宜居帶，這些行星可能存在海洋行星，為生命提供了潛在的條件。

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定義

命名