天文学家通常将我们太阳系的行星分为两类：岩石行星和气态巨行星。但是，根据对我们星系中其他恒星系统的行星的一项新研究，存在第三类世界，它由大约 50% 的水和 50% 的岩石构成。这样一个富含水的世界是天文学家检验他们关于什么使行星能够支持生命的假设的一个诱人之地。
“在我们有生之年，我们可能第一次能够对其他行星上的宜居性给出科学上已证实的说法，”芝加哥大学博士后研究员、周四发表在《科学》杂志上的新研究的第一作者 Rafael Luque 说。“这是一个非常、非常重要的进步。”
近年来，天文学家一直在迅速发现围绕我们自身以外的恒星运行的新行星，称为系外行星。迄今为止，已发现并证实了超过 5,000 颗系外行星。但是，要从数光年之外弄清楚这些世界到底是什么样子——因此它们是否可能宜居——是一项艰巨的任务。
大多数系外行星是使用所谓的凌星法发现的，该方法通过观察行星从恒星前面经过时其恒星的光线如何略微变暗来间接识别行星。天文学家还可以通过行星阻挡星光的多少来推断系外行星的半径。科学家们利用这些信息将这些外星世界与我们太阳系的行星进行比较，以此来推测它们可能的样子。例如，半径与地球相同的行星被认为是非常岩石的。
但在我们星系中最常见的许多红矮星的轨道上，存在一种在我们太阳系中没有对应物的行星。根据它们的半径，这些世界的大小介于地球和海王星之间。
长期以来，天文学家的普遍看法是，这些小型行星分为两类：一些被认为是“超级地球”，一些是“迷你海王星”。“半径谷”的出现，即半径约为地球 1.6 倍的系外行星数量稀少，进一步证实了这一观点，正如美国宇航局戈达德太空飞行中心行星科学家 Ravi Kopparapu 所解释的那样，他并未参与这项新研究。他说，恒星的辐射侵蚀行星大气层的方式被认为是解释这种半径差距的原因。
根据这种逻辑，“超级地球”位于半径谷的较小一侧，留下了非常稀薄的大气层和大部分暴露的岩石表面。“迷你海王星”，另一方面，保留了厚厚、蓬松的大气层，因此这些气态行星的半径更大。
但是，可能有其他方法来构建具有这些半径的系外行星。因为它们在我们太阳系中没有对应物，所以这些世界可能是真正的外星世界。为了弄清楚这些遥远行星的构成物质，Luque 和他的合作者 Enric Pallé 试图确定它们的密度。
密度无法从如此遥远的距离直接测量，但知道了行星的质量和半径，它就可以很容易地计算出来（质量除以体积等于密度）。研究人员使用了 2018 年发射的凌日系外行星巡天卫星 (TESS) 新发现的 34 颗行星的半径和质量测量数据，以收集这些神秘小型系外行星的密度样本。
根据他们的计算，区分绕红矮星运行的不同类型行星的不是半径谷，而是密度。他们推断，这些系外行星可以是三种类型之一：岩石的、气态的，或者是一种新型的、富含水的行星。
“我们可能认为地球是一个富含水的星球，但地球上的水仅占其总重量的 0.02%，”Luque 说。而这些遥远水世界的密度表明，它们大约一半的质量是水。
但是，Luque 说，不要开始想象一个拥有岩石核心和大量水深海在上面翻腾，暴露在太空中的世界。“在我们样本中看到的是，这些水不应该在地表，”他说。“水可能被困在地表之下，或者可能与岩浆混合，但它不会以非常非常深的海面形式存在——至少在地表上不会。”
我们太阳系中最接近这种富含水世界的对应物是木星和土星的卫星。例如，木卫二欧罗巴，是木星的一颗卫星，在其全球性的水冰壳下隐藏着深邃的海洋。
Luque 说，这些系外行星不太可能拥有水冰壳，因为它们离恒星更近——任何地表水都会蒸发。至少，这是在行星的向阳面。这些世界不像地球那样围绕轴心旋转，形成昼夜循环。相反，它们有一个永久的亮面和暗面。然而，Luque 说，也许存在一个亮面和暗面交汇的区域，形成一种永久的暮光，那里的地表温度可能恰好适合液态水存在。
在寻找宜居世界时，天文学家通常以液态水为指导。因为它是我们所知生命（也就是地球上的生命，因为它是我们迄今为止唯一已知的生命）所必需的。
“在这个宇宙中，我们只有一个生命模板，所以我们以此为模板去寻找其他地方的生命，”Kopparapu 说。但他补充说，稳定的液态水不是使一个地方适宜居住的唯一因素，仅仅因为一个地方能够支持生命，并不意味着那里就存在生命。
为了研究这些遥远世界的宜居性，天文学家将转向詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 等工具，它可以深入了解系外行星大气层的化学成分，从而揭示其组成的更多细节。通过 JWST 这样的望远镜，天文学家将寻找水蒸气来证实 H2O 的存在，以及甲烷、氧气、二氧化碳、氮气等在地球大气层中发现的气体。
“我们发现的证据越来越多，表明存在许多潜在的宜居世界。我们的地球并不独特，”Kopparapu 说。他打了一个比方：“如果你搬到一个新的社区，你想向你的邻居介绍自己，你可能会看到很多房子，但看不到很多人。所以我们正在发现很多房子。现在我们需要找到人。”
