天文学家们已经发现了 4000 多个围绕遥远恒星运行的行星，但没有一颗感觉与我们的家园完全相同。Teegarden b 大小合适，但它围绕其暗淡的矮星以短短五天（地球日）的速度绕行。 开普勒 452 b 绕其类太阳恒星公转需要我们熟悉的 385 天，但它似乎是一颗比我们称之为家的岩石行星重得多的“超级地球”。真正的地球双胞胎是否存在，或者它们在哪里，仍然是天文学上的一个重大谜团。
尽管当今的空间望远镜缺乏寻找“第二个地球”的理想能力，但天文学家们已经开始了解到在宇宙中发现类似世界有多频繁。通过结合美国宇航局 系外行星探测航天器开普勒 的最终数据集和其他近期调查，一个天文学家团队计算出了迄今为止最强有力的数据。他们表示，每访问大约三到三十几个太阳系，您可能会遇到至少一个地球。他们希望他们的研究结果将为即将到来的系外行星搜寻望远镜的设计提供信息，并增进我们对已知生命形式在其他地方存在的几率的理解。
“宇宙中是否存在其他生命的可能性？”宾夕法尼亚州立大学研究生、该研究的合著者 Danley Hsu 问道。“试图估算类地行星围绕类太阳恒星的频率是我们回答这个问题的一种方式。”
然而，在这少数中找到那个特定的行星，又是另一回事了。
美国宇航局目前在太空中的系外行星探测设备是凌日系外行星巡天卫星 (TESS)，它通过探测行星从其恒星前方经过时引起的微弱星光减弱来寻找系外行星。它的摄像头扫过大部分天空，优先观测附近的太阳系，以便哈勃空间望远镜和即将到来的詹姆斯·韦伯空间望远镜 (JWST) 进行近距离观察。
TESS 已经发现了 1000 多个潜在的（“候选”）行星，美国宇航局预计还将发现近 20000 颗。其中，可能有 500 颗是地球大小的，但几乎没有一颗是地球类的。天文学家需要探测到三次星光减弱（凌日）才能确定他们看到的是一颗绕行星（而不是随机的尘埃云或闪烁），因此 TESS 的频繁扫描只能找到那些在几天或几周内绕其恒星运行的行星——而不是几年。
该卫星还以较冷的红矮星为目标。它们比我们太阳这样的明亮“G 型”恒星数量多得多，这使得它们成为大量搜寻系外行星的绝佳焦点，但它们可能不是生命的友好家园。要在所谓的宜居带内运行，那里行星获得的能量足以使水不结冰或不沸腾，行星就必须紧挨着恒星，也就是我们可能认为是水星轨道区域。
然而，称这些矮星的“金发姑娘区”为“宜居”则显得过于乐观。那里的行星可能享受温和的温度，但附近的恒星也会向它们喷射紫外线辐射和太阳耀斑，这可能会剥离大气层并烤焦新生的微生物。生物体可能找到生存的方法，但它们将不得不发挥创意。
美国宇航局以前的旗舰系外行星搜寻航天器开普勒，其观测目标是较亮的类太阳恒星。多年来，它不间断地注视着同一片月球大小的天空区域，收集微弱的光线以识别系外行星。然而，在大约四年后，就在开普勒观测了足够长的时间，开始捕捉到绕行数百天的恒星的第三次和第四次凌日时，一个保持其稳定运行所需的部件发生故障了。
“我们很不走运地错过了这个机会，”Hsu 说，“因为航天器在我们开始发现越来越多的类地行星候选者时就停止工作了。”
结果是得到了一个充斥着各种系外行星的目录，但没有一个“第二个地球”。在缺乏确凿的观测证据的情况下，天文学家转向统计工具来计数那些无法计数的东西。
在麻省理工学院（MIT）任职的天文学家 Chris Burke，他曾参与过开普勒任务，目前也参与 TESS 项目，他将这项任务比作进行人口普查。你统计你能统计到的每个人，并仔细考虑你无法触及的人以及原因。“你的人口普查永远不会完整，”他说，“你必须明白你在哪里错过了人们。”
对于 Hsu 和他的合作者来说，这意味着要深入了解开普勒航天器的优点和缺点。寻找一颗暗淡的恒星理论上很简单，但实际上你必须担心坏点、误报、伪装成行星的双星、你对每颗恒星大小的了解有多准确，以及许多其他复杂问题。“这些小问题中的每一个都会影响探测结果，”Burke 说，你必须学会弄清楚哪些行星在探测过程中被淘汰了，哪些实际上太难看到了。
宾夕法尼亚州立大学团队最近在其发表在 《天文学杂志》 上的研究结果，使用了大量新数据集来使其估计成为迄今为止最可靠的。与先前的研究不同，他们拥有开普勒的系外行星最终列表，以及开普勒团队进行测试的完整记录，这些测试是通过将虚假行星插入数据来测试探测过程的有效性。他们还使用了欧洲 GAIA 任务最新的恒星大小测量数据，以及创新的统计技术。最终，该团队计算出，最少每 2.5 颗类太阳恒星就环绕着至少一颗类地行星，最多每 33 颗类太阳恒星就环绕着一颗类地行星。Hsu 认为实际平均值超出此范围的可能性低于 10%。
Burke 没有参与这项研究，但他过去也发表过类似的研究。他称这项估计是“一个基准”，但补充说，其他团队可以继续在未来完善这项计算。“这还不是最终答案，”他说，“但这绝对是必要的一步。”
至于天文学家何时才能真正找到其中一颗地球双胞胎，Hsu 和 Burke 都不认为会立即发现。Hsu 指出，这个估计描述了实际类地行星的频率，而碰巧以正确角度从其恒星前方经过以便我们发现它们的行星数量将会更少。他希望研究人员能将这些现实情况纳入下一代望远镜的设计中。“我们想对预计能找到多少行星有一个好的了解，”他说，“这样我们就不会花数十亿美元设计出一艘产出为零的航天器。”
未来十年，WFIRST 望远镜 将取代 TESS 成为天空中最耀眼的行星猎手，通过探测恒星引力场扭曲的痕迹来寻找行星。研究人员预计这项技术将揭示围绕其太阳遥远运行的巨大海王星。
但对于能够捕捉到真正的地球双胞胎的开普勒的真正继承者，系外行星猎人将不得不等到至少 2030 年代，届时像大型紫外-可见光红外巡天 (LUVOIR) 和宜居系外行星成像任务 (HabEx) 等概念仪器可能会投入使用。这些庞然大物将试图通过阻挡宿主恒星的巨大光芒直接拍摄系外行星的照片。如果它们能够度过规划阶段，LUVOIR、HabEx 或类似的设备将是我们了解地球究竟有多独特的最有希望的工具。
“我们现在知道 [类地行星] 存在，”Burke 说，“这只是时间问题，就是如何利用技术来更多地了解它们。”
