太阳系外行星超级地球，质量竟高于地球？

概述

太阳系之外的某些天体，体积比地球大，不过比太阳系里的冰巨星天王星和海王星要小得多，这两颗巨星的尺寸分别是地球的14.5倍和17倍。这种称呼仅仅根据天体的重量来定义，并不涉及它表面的形态或者是否适合生命存在。在2005年，尤金尼亚·里维拉领导的科研小组发现了格利泽876d，此后又有好几个类似的行星被人类探测到。地球是太阳系里个头最大的岩石行星，但这个星系里并没有其他类似地球的行星可以参考，凡是比地球体积大的行星，质量都至少是地球的十倍。

超级地球是太阳系外行星，其质量高于地球定义

通常情况下，衡量超级地球主要依据其质量，而温度高低、构成成分、运行轨迹特征、是否宜居以及行星环境状况等要素往往不被考虑进去。现在对于超级地球的质量界限，一般认为上限是地球重量的十倍，这个数值相当于天王星重量的六十九分之七十九，是太阳系里气体巨星最小的重量，而质量下限则存在差异，有地球重量的一个倍数，也有地球重量的一个点九倍，甚至达到地球重量的五倍，各种大众传播渠道给出的标准也不尽相同。部分研究者提出，超级地球的界定需考虑大气层的有无；或者不仅要有大气层，还须具备固态外壳，例如被广阔海洋环绕且被大气覆盖的行星，这类天体在太阳系中并未发现。如果系外行星的质量比地球大十倍，要判断它是哪种类型的行星，需要看它的构成成分，是由岩石、冰还是气体组成，这样才能确定它是类地行星、巨无霸行星，或者是气体巨行星。

发现

太阳系中没有超级地球，因为地球是类地行星中体积最大的，其他比地球大的行星，其质量都至少是地球质量的十四倍。

首颗被人发现的超级地球

亚历山大·沃尔兹森同戴尔·费雷欧于1992年察觉到脉冲星PSR B1257+12附近存在系外行星，该天体两侧的两颗行星，其体积均与地球相近，大约是地球质量的四倍。

尤金尼亚·里维拉领衔的一个科研小组在2005年首次探测到一颗位于邻近恒星系统的超级类地行星，该行星围绕格利泽876运行，因此被标记为格利泽876d，此前这个星系中已经观测到两颗大小接近木星的气态巨行星。这颗新发现天体的质量约为地球的七点五倍，其公转周期非常短暂，大约持续两天时间。格利泽876d离我们越来越近，它的表面温度极高，最高能热到650华氏度。

第一颗位在适居带的超级地球

2007年4月，斯特凡·乌德里领衔的瑞士团队，揭示在格利泽581邻近地带，探测到两颗巨型类地行星，它们的外壳或许能够维持液态水的存在。这颗行星比地球重五倍，围绕格利泽581运行，距离该恒星仅0.073天文单位，也就是一千一百万公里，位于宜居带内的“温暖角落”。它的平均气温，在不考虑大气层作用的情况下，预计介于反照率类似金星的零下三摄氏度，到反照率接近地球的四十摄氏度之间。

2006年

2006年，有两颗巨型行星相继被发现，一颗是利用微引力透镜探测到的OGLE-2005-BLG-390Lb，它的重量是地球的五倍，另一颗是HD 69830 b，其质量达到了地球的十倍。

2008年

2008年，MOA-2007-BLG-192Lb这颗超级地球被探测到，它是目前已知最小质量的超级地球之一。这颗星球由天体物理学家大卫.P.巴内特等人于新西兰约翰山大学天文台实施天文物理重力微透镜观测（HARPS）时，于2008年6月2日确认发现。这个天体的分量大约相当于地球的三点三倍，它的原恒星是一颗褐矮星，人们发现它，是由于一次微引力透镜效应所致。

2008年6月，欧洲南天天文台的一个研究小组公布，在某个恒星附近探测到三颗巨型行星。这三颗天体的质量分别是地球的4.2倍、6.7倍和9.4倍，它们都是通过高精度径向速度行星探测器，在智利借助径向速度技术发现的。

欧洲南天天文台研究团队还公布了一项新发现，在HD 恒星的区域，探测到一颗质量是地球7.5倍的系外行星，这颗恒星系统中，还存在着另外两个气态巨行星。

2009年

2009年2月3日，天文学家探测到一颗名为柯洛7b的行星，其质量大约是地球的四点八倍，公转一圈只需零点八五三天时间。通过计算它的密度，研究人员推测这颗星球可能由硅酸盐构成，与太阳系中的岩石行星类似。随后在柯洛7b被确认后，又发现了一颗代号为b的超级地球，这是首次在G型主序星之外找到此类行星。

2009年4月21日，瑞士日内瓦大学的天文学家米歇尔·麦耶领衔的科研小组公布一项重大成果，称探测到一颗编号为葛利斯581e的系外行星，其质量至少是地球的1.9倍，围绕恒星运行的轨道半长径为0.03天文单位，完成一次公转大约需要3.15天的时间，表明它并不位于宜居区域内，该行星存在明显的潮汐摩擦生热效应，其强度至少比木卫一要强100倍。

2009年12月，大卫·夏邦诺等人的一项观测项目发现了编号为b的巨型行星，它的直径约为地球的2.7倍，运行轨道上的恒星格利泽1214在亮度和体积上都小于太阳。哈佛大学的天文专家大卫·夏邦诺推测这颗星球上或许存在液态水，但随后的星球模拟研究指出，在多数情形下，它并不具备液态水的条件。

截至2009年11月，总共发现了30颗超级地球，其中24颗是首次通过高精度径向速度行星搜索器（HARPS）探测到。

2010年

二零一零年一月五日，某系外行星被发现，它的质量至少是地球的四倍多，这是通过径向速度法找到的第二颗小型系外行星，其尺寸仅小于二零零九年发现的格利泽五八一一e。

二零一零年八月二十四日，日内瓦大学学者克里斯多福·洛维斯领衔的科研小组，借助欧洲南方天文台位于智利拉西拉基地的ESO3.6米望远镜装备的高精度径向速度行星探寻装置，在观测太阳类恒星时，识别出该恒星至少拥有七颗外围行星。HD 10180 b最初估算其质量至少相当于地球的1.35 ± 0.23倍，这使其成为目前已知围绕主序星运行的质量最小的系外行星。尽管尚未得到确认，但这七颗系外行星存在的可能性高达98.6%。

二零一零年九月二十九日，美国国家科学基金会公布探测到红矮星葛利斯581存在一颗超级地球，这颗星球被命名为葛利斯581g，其质量至少达到地球的三点一倍，半长轴测量值约为零点一四六AU，公转一圈大约需要三十六点六天时间。在葛利斯581这个星系中，这颗行星的位置处于从恒星向外部数的第四位，位于葛利斯581c和葛利斯581d两个行星的中间。该天体由华盛顿卡内基学会、加州大学圣克鲁斯分校等组织借助径向速度技术探测到。不过，少数天文学家及机构例如ESO和HARPS研究团队对该行星的存在表示怀疑，现阶段太阳系外行星目录仍把葛利斯581g归为待确认的系外行星。

2011年

二零一一年二月二日，开普勒太空望远镜项目公布一项关键发现，总共识别出超过一千二百三十五个潜在系外行星目标，在这其中，有六十八个与地球大小相近〈Rp< 1.25 Re， Rp：星球半径、Re：地球半径〉，288颗为超级地球等级(1.25 Re < Rp < 2 Re)，另54个已确认位在适居带。有6颗位在适居带的候选行星的半径小于地球半径两倍，6颗候选行星分别为KOI 326.01（Rp=0.85）、KOI 701.03 （Rp=1.73）、KOI 268.01（Rp=1.75）、KOI 1026.01（Rp=1.77）、KOI 854.01（Rp=1.91）、KOI 70.03（Rp=1.96）。有研究显示，其中一颗候选行星（.01）其体积可能比首次结果显示更大，表面温度也比首次结果显示更热。基于近期开普勒太空任务的发现，美国天文学家赛思.肖斯塔克〈Seth 〉估计在距离地球一千光年内，至少有30,000颗星球是人类可居住的世界。开普勒太空任务团队也基于研究结果，估计银河系至少有500亿颗行星，其中至少5亿颗行星在适居带上。

二零一一年八月十七日，有欧洲科学家团队发现了HD 85512 b，另有一组欧洲科学家团队发现了天园增三的三颗系外行星，这两次发现的超级地球都有可能位于宜居带。如果HD 85512 b有百分之五十的云层覆盖，水或许能以液态形式存在于该行星表面。紧接着不到一个月的时间里，科学家们又发现了包括十颗超级地球在内的四十五颗系外行星。

2011年12月5日，NASA开普勒太空望远镜首次探测到环绕类太阳恒星运行的系外行星，这颗行星被命名为开普勒22b，它的体积是地球的2.4倍，围绕其宿主恒星公转的轨道半径，比地球与太阳之间的距离小了百分之十五。母恒星开普勒22的体积比太阳稍小，其热度也低于太阳，据此可以判断开普勒22b星球的表面温度接近地球水平，这意味着该星球上或许存在液态水。

2011年12月5日，开普勒太空望远镜项目组公布探测到2316颗潜在行星，其中208颗接近地球体积、681颗属于巨型地行星、1182颗类似海王星尺寸、204颗为木星体积、56颗则比木星更为庞大。与2011年2月的记录对比，类地行星及巨型地行星的数量分别提升了200倍和140倍。另外，有四十八个潜在星球位于宜居区域，这个数量与二月份的统计相比有所减少，原因是十二月份的统计采用了更严苛的准则来确认这些潜在星球是否处在宜居区域。

二零一一年，巨蟹座五五e星球的密度测算表明，其值稍高于地球的密度，该星球的大小约为地球的两倍，在二零一四年确认其不存在由氢气构成的大气层之前，巨蟹座五五e是被发现的最大行星。

二零一一年十二月二十日，开普勒太空望远镜工作团队首次确认探测到两颗大小接近地球的行星，它们分别是开普勒二十e和开普勒二十f，这两个天体都位于开普勒二十行星系统之中。

葛利斯667Cb是HARPS小组在2009年10月19日宣布发现的一颗行星，当时还发现了另外29颗行星，葛利斯667Cc则由这个团队在2011年11月21日的文献中首次披露，其具体信息是在2012年2月公布的。

2012年

2012年9月，在葛利斯163旁边探测到了两颗太阳系外的行星。其中，葛利斯163c这颗行星的质量约为地球的六点九倍，其表面温度比地球稍高，或许正处于宜居区域。

2013年

二零一三年一月七日，开普勒太空望远镜的科研人员侦测到开普勒69c，这颗行星的直径约为地球直径的1.5倍，运行轨道位于其宿主恒星的宜居区域内，该恒星开普勒69属于类太阳恒星，开普勒69c或许是有外星生命存在的候选星球。

2013年4月，美国宇航局有个由威廉.伯鲁奇负责的集体，借助凌日法在开普勒太空望远镜监视太阳系外行星时，发现在离地球一千二百光年远开普勒62的宜居区里，有五颗围绕恒星转的行星。这五个大号岩石行星的大小分别是地球的零点五四倍、一点三倍、一点四倍、一点六倍和一点九倍。开普勒62e和开普勒62f的预测模型表明，它们或许具备实体外壳，这种外壳有可能是石质的，也可能是岩石和固态水混合构成的。

2013年6月25日，欧洲南天天文台披露信息，指出在葛利斯667C的宜居区域内发现了三颗超级地球，并且表明极有可能存在外星生命体。葛利斯667C拥有一个包含七颗系外行星的星系，位于天蝎座方向，其中这三颗超级地球距离地球大约22光年。这三颗超级地球被认定为太阳系以外七颗最有可能孕育生命的行星。通过分析这三颗巨型行星同其中心太阳的间距，并考察它们表面的平均热量状况，可以推断出这三颗天体或许都拥有液态水，并非因为恒星的热量把它们蒸发掉了，也不是因为它们是冰封的固态形态。

2014年

2014年5月，先前发现的那个开普勒-10c，它的质量大概有地球的17倍重，跟海王星差不多。它的半径差不多是地球的2.35倍，是现在已知所有类地行星里最大的一个。因为这个开普勒-10c的质量超过了“超级地球”级别的10倍地球质量的上限，所以有人建议把它称作“巨无霸地球”。

2015年

二零一五年一月六日，美国宇航局公布开普勒望远镜探测到一千颗已核实的系外世界。三颗新确认的系外世界位于宜居区域；两颗世界开普勒四三八b与开普勒四四二b接近地球大小，构成物质或许是岩石；第三颗世界开普勒四四零b则属于巨型地球。

2015年7月30日，天文与天体物理学报公布一项新研究，内容涉及一个行星系统，该系统包含三颗超级地球，它们围绕着一颗发光的矮星运行。位于仙后座的格利泽892被确认存在一个包含四颗行星的系统，不过这些行星都不处在宜居区域。其中公转周期最短的行星，是当时探测到的距离地球最近的超级地球。

2015年12月17日，澳大利亚的天文学家公布了一项重大发现，那就是迄今为止距离我们星球最近的超级类地行星沃夫1061c，其与地球之间的距离仅有13.8光年。

2016年

二零一六年二月，美国宇航局披露哈勃望远镜研究巨蟹座五十五e的空气成分时，识别出氢、氦（或为氢氰酸）等物质，却没发现水汽。美国宇航局同时宣告，首次对巨型行星大气展开研究获得圆满成功。

二零一六年八月，天文学界通报识别出一颗围绕红矮星比邻星公转的类地天体，这颗行星位于比邻星的宜居范围，是已知距离太阳系最近的外星行星，同时也是已知在宜居带内距离最近的系外天体。鉴于比邻星b与地球距离极近，该行星或许将成为系外天体探测计划中，一类小型探测器的潜在目标。

特性

密度与组成成分

通过科学运算，假如能结合径向速度和凌日效应发现某颗巨型行星，那么它的质量和半径就能测算出来，进而可以推算出这颗行星的平均整体密度。由氢氦构成的低密度天体，或可视为微缩版的海王星；中密度天体，其构成成分或为水，堪比液态水行星，也可能是核心部分密度极高，而表面被广阔气体包裹，如同小型气态行星。有另一种推论情形，就是某个超级地球的体积如果比地球大出超过五成，那么它的密度会随着体积的增大而提升；相反，假如密度随体积的增大而降低，那么这颗星球或许拥有实体岩石核心，只是外面裹着一层大气层；这个推论依据的是对六十五颗体积小于地球两倍的超级地球观测数据的综合分析。这种大型地外行星的成分推测为岩石、金属或两者的结合体，以地球及太阳系中其他岩石行星为例子。这类行星的内部结构或许界限模糊，或许存在某些分界，或者其内部构造界限清晰。在美国哈佛大学的天文系，科研人员创建了一个便于操作的网站工具，用以揭示这类行星的构成要素。同时，该天文系的研究者还设计了一套基础模拟程序，用于探究这类行星内部的构造特征。

超级地球因为质量比较大，和地球在物理方面的表现不完全相同。戴安娜·巴伦西亚带领的一个研究小组对格利泽876d进行了分析，他们发现，通过观测行星经过恒星前方时造成的亮度变化，并检测到行星的质量，可以估算出超级地球的内部构造。估算绕行格利泽876的行星可能存在的半径，这个半径值从九千二百公里（相当于地球半径的一倍半）的岩石状星球，一直延伸到地核直径超过一万二千公里（近乎地球直径的两倍）且拥有冰封外壳的流体星球。在这些半径区间内，超级地球格利泽876d的表面重力值介于~3.3个地球重力单位与~1.9个地球重力单位之间。超级地球一个广为人知的特征是其强大的表面吸引力，这种引力在很多情形下要强于海王星和土星，甚至强于木星。

温度

超级地球的大气层状况让人难以了解它的反射率，也让人无法掌握它的温室效应，更无法测定它的表面温度，人们通常只能知道它的行星平衡温度。地球的平衡温度是254.3 K（即−19 °C 或 −2 °F），这个温度得以维持是因为地球上的温室气体使地表保持温暖；金星的情况则完全不同，它的平衡温度为184.2 K（−89 °C或−128°F），但实际表面温度却高达737K（464°C 或867°F），这主要是因为金星拥有极为浓厚的大气层，导致热量无法有效散失。通过前述案例可以明白，现阶段不能依据行星的热平衡状况来预测它的反射率、热屋效应以及地表真实温度。

磁场

地球的磁场主要源自地球内部的液态金属外核，但在质量巨大的超级地球上，其内部会产生极高的压力，同时超级地球内部核心的成分更加粘稠，熔点也显著提升，使得内部核心与地幔之间的界限变得模糊，最终形成没有明显核心的天体。如果在某颗巨型行星的固体构造中检测到氧化镁成分，那么可以推断这种化学物质会在巨型行星的内部以流体形态存在，进而能够说明该天体的地幔部分能够生成地磁效应。