- 理想的“地球2.0”将是一颗地球大小、质量相当的行星，与一颗非常像我们自己的恒星之间的距离与地-日相似。我们还没有找到这样一个世界，但是我们正在努力估算我们银河系中有多少这样的行星。
在探索宇宙生命的过程中，我们有理由去观察那些与我们所知道的唯一成功案例相似的世界：我们的地球。在这里，它是一个岩石行星，它有一个稀薄的大气，通过它的轴快速自转，并绕恒星绕轨道运行，液态水稳定地漂浮在地表上数十亿年。在大陆和液态海洋的表面拥有合适的温度和压力，以及可能出现的生命所需的适当原料。
我们可能还不知道在我们的银河系和宇宙中，生命究竟有多普遍或稀有。关于生命起源或生命频率演变成复杂、智能甚至技术先进文明的问题仍然没有答案，因为我们缺乏这些信息。但系外行星数据呢？我们有很多。这就是为什么这样一个谜，天文学家不能就像太阳一样的恒星应该拥有多少类地行星的问题达成一致。
- 哈勃在猎户座星云拍摄到的30个原行星盘。哈勃望远镜是识别这些光盘特征的极好的资源，但几乎没有能力探测这些磁盘的内部特征。许多年轻恒星直到最近才离开原恒星阶段。像这样的恒星形成区域经常会同时产生成千上万颗新恒星。
每当我们形成一颗新星时，故事就开始了。新的恒星实际上是一团气体在自身重力作用下坍塌而形成的，在引力形成的过程中积累质量，然后在新形成的恒星的辐射压力下，在这个特定的质量块内和整个恒星形成区域的其他地方，辐射压力都会将需要的材料吹走。
这些恒星中有一小部分（约1%）将是热的、蓝色的、大质量的和短命的：或者是O级、B级，或者是A级恒星。这些恒星的寿命仅仅是我们太阳生命的一小部分，它们的寿命不足以支撑生命的进化，正如我们在地球上所知道的那样。同时，大多数恒星（约75-80%）是红矮星：M级恒星。这些恒星有地球大小的行星，其中许多位于它们恒星的可居住区，但它们的性质与地球大不相同。
- 恒星的颜色和大小分类系统是非常有用的。通过测量我们宇宙的局部区域，我们发现只有5%的恒星比我们的太阳质量大（或更大）。它的亮度是最暗的红矮星的几千倍，但最大的O星却有数百万倍于我们的太阳。大约20%的恒星属于f、g或k类。
虽然关于M级恒星周围行星的生命有许多有趣的可能性，但它们面临的挑战与地球世界的挑战截然不同。例如：
- 围绕M级恒星的地球大小的行星将变得潮汐锁定，其中同一个面总是面向恒星，而不是在其轴上与其旋转的不同周期旋转。
- M级恒星非常频繁地发射高能耀斑，这就造成了在很短的时间尺度上剥离任何薄大气的危险。
- M级恒星很少发出紫外线和蓝光，这使得我们知道光合作用是不可能的。
- M级恒星发射大量的X射线，可能足以对环绕它的任何陆地行星的表面进行“消毒”。
在这样的世界里，生命可能仍然存在，但这是一个有争议的命题。
- 红矮星系统中的所有内行星都将被潮汐锁定，一边总是朝向恒星，另一边总是远离恒星，昼夜之间有一个类似地球的可居住环。但是，尽管这些世界与我们自己的世界如此不同，我们不得不问一个问题：它们中的一个是否仍有可能是可居住的？
另一方面，在寻找太阳系以外的生命的过程中，我们很容易陷入困境：在类似地球的距离上寻找地球大小的行星，在类似太阳（f级、g级或k级）恒星周围有类似地球的条件。
这是一个很好的问题，因为这是一个我们有很多数据的问题。我们知道哪些恒星落入这些太阳类（大约20%个左右），美国宇航局开普勒卫星在大约三年的时间里，观测到数千颗这样恒星。
有趣的是：在过去的十年中，我们有开普勒数据，在2019年间，估计从每颗太阳状恒星的0.013个类地行星的低到1.24的高：100倍的差异。
- 在过去的十年中，自从美国宇航局开普勒任务的第一次到达以来，围绕着地球类行星的太阳状（F，G，K类星体）的数量的估计从每颗恒星的1%几率低到每颗恒星的大于100%（在1到2颗类地行星之间）。这些不确定性，比如数据，简直是天文数字。
科学家们同意控制一个系统的物理定律，同意描述或分类系统的条件，并使用相同的数据，它们都会得到相同的结果。每个人肯定都在使用全套可用的系外行星数据（主要是开普勒），所以在计算类太阳恒星周围的类地世界有多普遍时，一些假设肯定有问题。
然而，首先要强调的是，开普勒数据本身并没有分歧。当一颗行星偶然地与它的母星和我们的视线对齐时，它将在每颗轨道上一次穿过恒星的表面，阻挡恒星的一小部分光的一小部分时间。我们积累的过境事件越多，信号就越强。由于开普勒的任务，我们发现了数千颗恒星周围有系外行星。
- 开普勒的设计目的是寻找行星凌日，在行星上环绕恒星的大型行星可以阻挡一小部分光，使其亮度降低"高达"1%。世界相对于其母星越小，建立强健信号所需的传递方式就越多，其轨道周期越长，您就越需要观察才能获得高于噪声的探测信号。开普勒成功地为我们以外的恒星周围的数千颗行星实现了这一目标。
我们能计算的没有明显不确定性的是一个特定半径的行星，在特定距离上围绕一个特定类型的恒星运行的可能性。开普勒使我们能够对各种类型的系外行星进行数量统计，通过这一点，我们可以推断出一个地球大小的行星，在轨道距离范围内绕太阳轨道运行的可能性范围。
当我们单独研究这个问题时，会出现一些不确定性，但它们相对较小。开普勒任务，由于其设计规范意味着最容易发现的行星是相对大的行星，且该行星围绕着相对较小的恒星。在类地距离上，类地行星围绕类地恒星的距离略超过开普勒的能力。
- 今天，我们知道超过4000颗已确认的系外行星，其中2500多颗是在开普勒的数据中发现的。这些行星的大小从比木星大到比地球小不等。然而，由于开普勒大小的限制和任务的持续时间，大多数行星都非常热，接近恒星。TESS与它发现的第一批行星有着同样的问题：它们非常热，并且处于接近的轨道。只有通过长期观测（或直接成像），我们才能探测到周期较长的行星（即多年轨道）
因此，由于我们对系外行星种群统计做出推论，因此必须出现不确定性。这是一个合理的不确定因素，而且随着未来十年更强大的行星发现望远镜和任务上线，我们可以期待改进。但这不是天文学家对类似太阳的恒星周围类地世界数量估计的巨大差异的主要原因。
第二个不确定性来源（更大）来自“可居住区在哪里”这个大问题。我们通常把这个定义为一个距离，地球大小的行星和地球类似的大气可以从它的母星中存在，在它的表面仍然有液态水。这个问题的答案要难得多。
- 可居住区是一个距离恒星的距离范围，在这个距离范围内，液态水可能会聚集在绕轨道运行的行星表面。如果一颗行星离它的母星太近，它会太热，水会蒸发掉。如果一颗行星离恒星太远，它就太冷了，水就结冰了。恒星的大小、质量和温度各不相同。比太阳（m矮星）更小、更冷、质量更低的恒星，其可居住区域比太阳（g矮星）更靠近恒星。比太阳（a矮星）更大、更热、质量更大的恒星，其可居住区距离恒星远得多。科学家们不同意居住区应该延伸到它的内外边界。
你可能会想说：“嗯，金星太热，火星太冷，地球正好，”并在这些假设下进行。但是我们有很多方法可以改变金星的大气层，让火星像地球一样，可以居住40多亿年。同样，如果我们用一个更大的、大气层更厚的世界取代火星，它也可以保持宜居性，液态水在火星表面一直存在到今天。
我们研究了解到，定义一个地球大小的行星的可居住区域并不简单，并不仅仅是“在这个内部距离和那个外部距离之间”，而是取决于行星质量、行星大气的内容和密度等因素。行星的大气层和恒星演化因素，将恒星的过去和未来历史与环绕它的行星的可居住性联系起来。
- 这张图显示了天空中真正的恒星，在这些恒星上可以观测到处于可居住区的行星。颜色编码显示观察外星候选的概率，如果它存在于该恒星周围（绿色是高概率，红色是低概率）。
不知道可居住区的确切位置，可能导致我们过于自由地估计类地世界的数量，或者如果我们过于保守，就可能导致我们排除潜在的类地世界。与大多数事物一样，自由假设很可能帮助我们封装偶尔出现不太可能的结果的角落案例，而保守的假设可能捕获最有利于地球的多个世界结果。
然而，最大的不确定性来源可能来自未能仅根据它们的半径充分估计哪些世界与地球一样（并且可能适合居住）。
- 已知小开普勒系外行星存在于恒星的可居住区域。被归类为超级地球的世界究竟是像地球一样还是像海王星一样，这是一个悬而未决的问题，但对于一个世界来说，绕太阳一样的轨道运行或进入这个所谓的可居住区，使生命具有产生的潜力，可能并不重要。我们对这些世界及其性质所做的假设，与我们对类似太阳的恒星及其周围行星的一部分所做的估计直接相关。
天文学家们既不同意地球世界大小的下限，也不同意上限。
如果一个世界太小，人们的想法是，它会迅速地散发出内部的热量；它的核心会停止任何磁性活动；太阳风会把大气带走；然后，这个世界的大气压力会降到一个临界阈值（淡水的三重点）以下，这就是生命机会的终结。火星就是这样，许多科学家认为这是地球半径70%以下所有星球的命运。
但是，如果一个世界太大（甚至比地球稍大一点），它的大气层不会保持薄和透气，但会变得厚和破碎。在一个关键的过渡发生之前，行星在形成过程中可以拥有一个临界质量：要么行星没有足够的引力来保存其原始的氢和氦气，要么它会越过这个门槛并有足够的质量。
- 这21颗开普勒行星发现于恒星的可居住区，直径不超过地球直径的两倍。这些世界中的大多数围绕着红矮星运行，它们离图的“底部”更近，很可能不像地球。同时，地球半径为1.5或更大的世界几乎肯定也不是地球。把我们星系中的系外行星群统计记录下来，将有助于我们在未来发现和测量真实类地球世界的特性。
低于这个临界值，该星球表面仍然可以有液态水，它可以是类似地球的。但是在那个阈值以上，大气厚度，大非常厚，大气压力可能是地球上的几千倍。
“超级地球”是天文学家已经使用了十多年的术语。有一种观点认为，一颗行星可能比地球大得多，质量也比地球大得多，但仍然是岩石和稀薄的大气层。在我们的太阳系中，没有金星/地球和海王星/天王星大小的世界，因此我们没有直接的经验，知道在这个范围内，岩石和富含气体的世界之间的平均线在哪里。但多亏了我们所掌握的系外行星数据，这个答案已经为人所知。
- 行星的分类方案有岩石状、海王星状、木星状或恒星状。地球和海王星之间的边界是模糊的，大约发生在1.2地球半径处。用詹姆斯韦伯太空望远镜对候选的超级地球世界进行直接成像，可能会使我们能够确定每颗行星周围是否存在气体包层。请注意，这里有四种主要的“世界”分类，岩石行星和有气体包层的行星之间的界限，远低于我们在2019年测量到的任何行星的大气大小。请注意没有“超级地球”类别。
如果该行星有两个以上的地球质量，也就是地球半径的120-125%，它就不再是岩石行星，而是拥有可怕的氢和氦的外壳。海王星和天王星拥有这样一个氢和氦外，;和最近宣布的带水的可居住区系外行星一样。
我们知道银河系中有2000亿到4000亿颗恒星。其中大约20%的恒星是类太阳的，相当于我们银河系中大约400到800亿颗类太阳恒星。很可能有几十亿个地球大小的行星围绕着这些恒星运行，它们的表面可能有液态水，或者像地球一样，但这究竟是10亿还是20亿，500亿还是1000亿还不清楚。