如今，每發現一顆系外行星都令人興奮不已，天文學家仔細研究每一顆遙遠的行星，並推測其可能的特徵。但隨著已確認的系外行星數量攀升至數千顆，這項工作可能很快就會變得枯燥乏味。屆時，天文學家，尤其是天體生物學家，將不得不開始根據行星的趣味性進行篩選。一篇將於下月發表的新論文描述了一種新的兩步驟排名系統，旨在簡化這一過程。我們採訪了天體生物學家德克·舒爾茨-馬庫赫，以了解更多詳情。
與其他天體生物學標準不同，這套新系統並不假定宜居性僅限於擁有液態水的岩石星球。論文的第一作者、華盛頓州立大學天體生物學家德克·舒爾茨-馬庫赫表示，研究團隊希望盡可能保持開放的心態。
他們提出的地球相似性指數檢視行星或衛星的大小、密度和軌道距離，以及其恆星的大小和溫度，並將這些與地球進行比較。與之配套的行星宜居性指數則是基於某種穩定基質、能源、適宜的化學環境以及容納液態溶劑（不一定是水）的可能性。這兩個指數均採用0到1的評分標準。
那麼，除了地球之外，宇宙中最像地球的宜居星球又是哪裡呢？在不斷湧現的系外行星中，格利澤581d被認為是最佳選擇，其宜居指數為0.74。 PHI指數則給出了不同的結果，最佳選擇似乎是土衛六，其宜居指數為0.64。順便一提，火星的宜居指數為0.59。
然而，這些數字的意義取決於用於得出這些數字的數據，因此研究人員強調，還有更新和改進的空間。
PopSci 與 Schulze-Makuch 進行了交談，以了解更多關於這對雙星指數的細節，以及它們如何幫助天文學家進行星系際分類。
《大眾科學》：你認為為什麼會有多個適合居住的系外行星？
德克·舒爾茨-馬庫赫：目前，我們發現的系外行星仍然以氣態巨行星為主，因為它們更容易被偵測到。但隨著研究的深入，我們越來越接近類地行星。它們中的大多數仍然是超級地球。
我特別感興趣的一顆行星是格利澤581d，它的質量大約是地球的10倍。它圍繞著一顆紅矮星運行，這顆紅矮星就像一顆亮度不如太陽的恆星。它的軌道離中心恆星比較近，但如果用我們太陽系的標準來衡量，它的軌道基本上和火星的軌道都類似。火星比地球小得多，但如果火星在我們太陽系中的質量是地球的10倍，並且仍然擁有磁場和濃厚的大氣層，那麼它就會有液態水海洋。這樣一來，它就可能成為一顆適合居住的行星。
我們提出的方案旨在對已發現和將要發現的眾多系外行星進行優先排序和分類。目前我們已確認超過700顆系外行星，約1500顆尚未確認。而且，這個數字很快就會達到數千顆。鑑於我們的資源有限，尤其是在當前預算緊張的情況下，我們必須認真思考如何分配資源。哪些行星可能存在生命？我們又想研究哪些行星？
在我們的太陽系內，真正從天體生物學角度來看有意義的行星天體只有大約15個。但我們發現的系外行星數量如此之多，我們真的需要整合資源。其中一些實際上離我們相對較近。格利澤581系統距離我們20光年。雖然很遠，但從整體上看，這並不算太遠，因此它確實值得我們關注。
那麼，這種新的分類方案是如何運作的呢？為什麼土衛六看起來比火星更適合？
我們提出了兩個指數。一個是地球相似性指數，它是基於行星的大小以及行星與地球的相似程度。第二個是行星宜居性指數。在這個指數中，我們採取了不同的方法，力求保持開放的心態。可能存在一些行星不在傳統的宜居帶內，也就是說，它們不在類似地球的軌道上，而地球軌道上可能存在液態水。在這個指數中，土衛六（泰坦）的排名高於火星。
原因在於土衛六擁有相對較厚的大氣層，主要由氮氣和甲烷組成。它實際上非常接近早期地球。土衛六上有碳氫化合物湖泊，因此有液態溶劑，但這種溶劑並非水。碳氫化合物作為溶劑可能是一種可能性。我們知道碳非常適合用於有機物，而土衛六上存在大量複雜的碳化合物，因此這是我們需要研究的方向。
另一個例子是木衛二——正如美國太空總署上周宣布的那樣，這顆衛星的冰層下存在著液態海洋。
宜居性究竟是什麼意思？你如何定義這樣一個概念？它完全取決於你研究的地方。
有很多參數需要考慮。例如，行星是否有大氣層，表面是否含有碳，以及是否有氮和磷。我們也會檢視它是否擁有磁場來抵禦宇宙輻射，以及其表面是否有穩定的液態溶劑。
透過這種分類方式，我們刻意避免以地球為中心。我們並非認為宇宙中必須有液態水，或是宇宙的運行軌道必須像地球繞太陽運行的軌道一樣。我們尋找的是有機化合物，但這並不意味著它必須是氨基酸或其他物質。
我們的參數之一是找到生物仍然可以進行光合作用的區域。在我們的太陽系中，這個範圍從水星一直延伸到土星。顯然，地球、火星和金星位於更適合的區域，但理論上也可以延伸到土星。因此，如果存在一顆光照輸出較少的褐矮星，那麼行星必須離它更近，才能保證生物仍然能夠獲得足夠的光照進行光合作用。我們盡可能地保持開放的心態。
隨著開普勒太空望遠鏡（以及科羅望遠鏡）發現更多系外行星，我們開始更認真地思考，如果我們真的發現了生命，它會是什麼樣子。 SETI研究所的塞思·肖斯塔克甚至建議，我們不僅要尋找智慧生物系統，還要尋找智慧機器。你的新系統是否考慮了這些因素，例如可能孕育智慧生命或機器的行星？
我們的研究方法是著眼於生命本身。在論文的早期版本中，我們確實提出了一個生物複雜性指數。對於某些複雜的微觀生命，我們定義了一些參數，並據此判斷某個星球上可能存在更複雜的生命。但我們認為這種方法過於推測性。在微生物或一般層面上，我們有更清晰的思路，因此建立一個通用的宜居性指數會更容易。
對於地球而言，對於某種外部觀察者來說，探測到任何類型的太空船都非常困難，因為它們太小了。但你能探測到的應該是臭氧和甲烷，而這些化合物並不穩定，必須不斷生成。如果它們無法生成，就會轉化為二氧化碳。但我們確實探測到了臭氧和甲烷，這意味著某種平衡狀態存在，並且有物質在生成。這是生命的一種通用生物特徵。
這個方法或許也適用於智慧生命，但如果500萬年前有一個類似我們這個星球的星球呢？那裡可能存在複雜的生命，但絕非智慧生命。
這種新分類方法可能有哪些潛在缺點？
DSM：我們無法研究行星的行星歷史。我們只能在特定時期觀測到它。這一點對火星尤其重要。目前的火星，就行星宜居性而言，排名低於土衛六。但遠古的火星，在其形成5億年後，正如我們所見，曾經擁有海洋。那裡有沉積物，有河流。那時，它仍然擁有磁場，大氣層也更厚。因此，遠古的火星在宜居性指數的排名會更高。但我們無法從目前觀測到的任何系外行星上得知這一點。火星目前的宜居性仍然相當高，但它過去曾更高，由此我們可以推斷，火星上很可能仍然存在生命。但對於系外行星，我們無法做到這一點。
我們只是想確保不會遺漏任何有價值的目標。如果那些發現系外行星的人說，“好吧，這顆行星不在地球軌道上，所以默認情況下它沒有可能存在生命”——我們希望有一個客觀的參數，可以用來判斷，“這不是一顆類似地球的行星，但它仍然是一顆非常有趣的行星，可能存在某種奇異的生命形式。”
你認為我們什麼時候才能在其他星球上發現生命？
我認為生命首先會在太陽系內被發現，而火星和土衛六是可能性最高的兩個地方。火星的可能性最大，因為它的歷史以及它與地球的距離。我們知道有小行星可以在地球和火星之間穿梭。如果我們知道早期地球上有生命，而火星也非常適合生命生存，那麼火星上也應該存在生命，我們只需要找到並證實它的存在。
在土衛六上發現生命的可能性更小，但也更令人興奮。如果我們真的發現了生命，那將非常奇特，與我們的生物化學截然不同。土衛六上有乙烷和甲烷湖，情況就完全不同。這可能意味著生命起源於另一個星球。對我來說，這將是最令人興奮的發現。在火星上發現生命同樣令人興奮，但我們只能對生命的早期演化有所了解，而無法判斷生命在宇宙中的普遍程度以及它們之間的差異。
我們或許能在系外行星上發現一些生命跡象。但由於距離如此遙遠，要證實這一點將非常困難。如果你從事天體生物學研究，就必須近距離接觸目標。除非是某個智慧文明向我們發送訊號，否則我實在想不出該如何做到這一點。但你可以說，「這是一顆非常適合生命存在的行星」。至於是否存在生命，則很難證明。
