两颗围绕着一颗红褐色、类似太阳的恒星运行的、烧焦的、地球大小的行星，它们位于天鹅座，标志着传奇的开普勒太空望远镜任务又一个里程碑。它们是迄今为止发现的最小的系外行星——其中一颗的大小仅为地球的1.03倍，简直是地球的“替身”。
这些行星不在其恒星的宜居带内，但它们的大小合适——因此，它们填补了星际行星拼图的更多部分。
这些行星以一种奇特的方式排列，被夹在三颗气态巨行星之间，而且它们都在水星轨道之内。它们被埋在近两年的数据中，天文学家不得不使用一些超精细的计算技术来确定它们确实是行星。
其中一颗行星，开普勒-20f，有可能拥有水蒸气大气层，尽管天文学家尚不确定。他们所知道的是，它的大小仅仅比我们自己的行星稍大一点（质量也只稍大一点）。
“这是我们在宇宙中看到的离地球最近的物体，”哈佛-史密森天体物理学中心的弗朗索瓦·弗雷辛说，他是关于这些新行星的论文的首席作者。
这两颗行星都围绕着一颗名为开普勒-20的恒星运行，这是一颗G型恒星，比太阳稍凉，距离950光年。（正如CfA有益地指出的那样，航天飞机需要3600万年才能到达开普勒-20。）
弗雷辛在一次采访中表示，根据它们的大小和围绕恒星的位置，这些行星可能具有非常类似地球的成分。它们靠近开普勒-20，会暴露在大量的辐射下，而且它们太小，无法在这些恒星风的作用下保留氢和氦等较轻的元素——因此证据表明它们是岩石行星。关键在于成分，即它们是否含有大量的铁或硅酸盐。
他说，这些行星不可能在它们目前的位置形成，一定是从外围迁移过来的。他表示，开普勒-20f在其生命早期可能曾拥有富含水蒸气的大气层，这将使其宜居，至少根据大多数行星宜居性指数。
“如果它确实从外太阳系迁移过来的，那么它在其早期历史中可能曾经是宜居的，”弗雷辛说。
这一发现紧随本月早些时候开普勒团队发布的大量数据之后，其中还包括了第一颗围绕其恒星在类似地球的区域内运行的类地行星的消息。那颗行星，开普勒-22b，比地球大得多，但存在于一个适宜液态水存在的温带区域。然而，它可能没有岩石表面。这些新行星太热，不适合水存在，但它们在岩石形态和较小的尺寸上与地球更为相似。
“我认为开普勒-22b是一块拼图的一边，而开普勒-20e和20f是另一块，”弗雷辛说。“我们需要结合发现一个大小合适的宜居带行星。”
开普勒的设计目的是观测天鹅座和天琴座14.4万颗恒星的光变，以寻找拥有类地行星的类太阳系统。在其两年的运行中，这个宇宙普查已经发现了2000多个世界，包括超级木星、超级地球、漆黑吸收光和热的世界，以及更多。但寻找地球的“双胞胎”已被证明很困难。弗雷辛说，问题的一部分在于标准——一个地球类似物需要有相似的大小、位置、成分、自转以及许多其他因素才能真正称得上类地。以开普勒-22b为例：它的温度合适，但半径是地球的2.4倍，所以它的体积大得多。
“我预见在不久的将来我们找不到一个真正、明确的地球双胞胎——这有很多不同的层面，”弗雷辛说。“也许我们不仅需要一颗处于宜居带且大小合适的行星，还需要相似的恒星。如果我们不知道大气层中有什么，或者对大气层没有任何限制，我们怎么能说它具有成为地球双胞胎的正确特征呢？”
这些小行星实际上是已发现的开普勒-20系统中最新的成员。最大的三颗行星被命名为开普勒-20b、20c和20d，它们的直径分别为15,000、24,600和22,000英里，分别绕恒星运行3.7、10.9和77.6天。CfA指出，开普勒-20b的质量是地球的8.7倍，开普勒-20c的质量是地球的16.1倍。开普勒-20d的质量不到地球的20倍。
CfA的合著者、天体物理学中心的天文学家大卫·查尔邦诺表示，这些行星排列在一个非常奇特的系统中，岩石行星和气态行星交替出现，这与天文学家以前见过的任何事物都不同。他挑战他的同行们帮助他解释这一点。
“我班里的新生会很快指出，我们今天的发现对我们太阳系形成的模型提出了严峻的挑战，”他说。
弗雷辛解释说，由于它们的体积小，它们的近伴星很难被看到，之前的探测尝试也未能成功。天文学家曾看到一些闪烁的光，他们认为可能是行星在开普勒-20前方经过，但一年前的分析未能排除其他可能性。来自太空望远镜的额外数据以及弗雷辛及其同事进行的额外计算，带来了最终的“啊哈！”时刻。
当一颗行星在其恒星前方经过时，恒星的光会略微变暗，开普勒就是为此设计的。科学家必须排除其他可能的原因，如背景恒星、棕矮星、食双星等等。为了确认行星的存在，天文学家会检查由行星引力引起的微小摆动。这可以从地面上验证，使用夏威夷的巨型凯克望远镜。但在此情况下，新行星太小，无法进行这些地面验证。
弗雷辛使用了名为Blender的软件，他与CfA天文学家Willie Torres共同开发了该软件（该软件也已用于验证其他行星发现，包括开普勒-22b）。弗雷辛和近30名合作者使用Blender运行了数百万次模拟，并能够排除除假定行星以外的任何其他变暗源。
这很有趣，因为随着天文学家进入这个新的行星质量范围——也就是地球大小或更小的微小世界——他们将需要复杂的分析来验证他们所看到的东西。这篇论文将一种新的计算技术与旧的、开普勒之前的恒星摆动检测技术结合起来。
这项研究今天在线发表在《自然》杂志的预在线版上。
