给已知地外行星的移民价值分级

[ProtossProbe]

今天在微博上推#系外行星档案#的内容。我觉得作为星际移民局中心，应该把目前已知的地外行星（主要是类地行星）按移民价值进行分级，主要可能需要考虑距地球的距离，表面温度（是否在宜居带），有无水（水的含量），次级可能需要考虑行星的大小，中心恒星的状态等等。

对这方面的了解的不多，@emptymalei 知道有什么相关的研究么。？

[emptymalei]

@SpaceXploration 这个倒是不知道。感觉这个目前能做的就那么几颗可以分一下，因为大部分的光谱分析不多。等新的卫星上去之后可能就可以大规模的分一下了。

实际上我们自己可以来讨论一下如何分。

[emptymalei]

发现一个叫做 ESI（earth similarity index）的东西，取值区间 [0,1]，越接近 1 就越像地球。大于 0.8 就可以叫做 Earth-like.

http://phl.upr.edu/projects/earth-similarity-index-esi

[ProtossProbe]

我觉得ESI加上距离的修正应该就差不多了。不过这个ESI为什么要考虑逃逸速度不能理解，明明已经有半径和密度的权重了。

[emptymalei]

PHI 论文
http://online.liebertpub.com/doi/abs/10.1089/ast.2010.0592

[emptymalei]

New PHI Infographics
http://www.popsci.com/science/article/2012-04/new-planetary-habitability-index

[ProtossProbe]

不知道PHI的论文找到没有，今天请教一个自学德语的同学，帮忙翻译了一下那几页PPT。
从9-12页依次翻译过来大体如下：

第九页

• PHI：生存的可能性/前提的指数
  ......
• S...稳定的地基
• E...扩展资源
• C...适当的化学
• L...流动的溶剂
• 变量的加权标准来源于地球的可测性

第十页

• S...稳定的地基
• 固定的表面，岩石或者冰
• 固定的地心，能产生热辐射
• 板块构造
• CO2循环使得环境稳定
• 大气层，具有温室效应，防止宇宙射线
• 磁场，防止宇宙射线

第十一页

• E...扩展资源
• 光，光合作用，达到2.5AU（太阳）
• 温暖，地表温度200-400K
• 化学反应用于产生能量
• 形成潮汐

第十二页

• C...适当的化学
• 必需的元素：C,H,O,N,S,P
• 形成聚合物
• L...流动的溶剂
• 大气中，地表或靠近地表的液体

基本和这张图的参数是对应的。

[emptymalei]

看起来好复杂，估计很难找全所有的参数。

不过看起来这个参数要比用 ESI 好多了。

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作者刚刚回信了，他把论文全文发给我了。但是处于版权原因不方便直接公开放在这里。所有我就放在我们官号的微盘吧。

http://vdisk.weibo.com/lc/3NJ41wNutBwifL7RmFL 密码：A49V

还好是英语的论文。

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更新：
我大致扫了一眼，PHI 现在基本上不能算，很多需要的参数没有探测到。另外，PHI 只是考虑适合生命的，不一定是地球上这种，例如他们没有考虑水，而我们考虑的移民的价值的时候，需要有水。因此我们需要在他们的基础上稍加改动，也就是把条件加强，例如把溶剂限制为水。具体的算法参考他们的方法。

他们的计算方法，基本上还是沿用幂次函数的方法，或者叫做几何平均。把所有想要考虑的参数乘起来，做几何平均。几何平均的好处是对于偏离比较大的值可以压制下去。

所以我突然有个建议，就是我们最终给出的应该是分级，像绩点一眼， 每个类别先算出 ABCD，然后再根据每个类别的 ABCD 计算总的绩点。这样通过综合考虑各个不同的参数，来把系外行星归类到不同的等级。这样似乎更加合适一些，因为毕竟通过一个公式来计算出一个完全能够代表移民价值的数字，看起来似乎非常困难。

不过我们依然要考虑数值的问题，包括这里的 PHI. 至少理论上给出一些计算方法。

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再补充：

突然想到那种先是缓慢下降，然后急速下降的函数，可以用物理上的费米分布，有个化学势的。

[emptymalei]

感觉这个话题需要更多的讨论，不如下次圆桌还是讨论这个吧？

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更新：移民产业

[qnzi]

我只有一个思路吧，毕竟很多专业的知识不具备。
首先要明确我们的目的，所谓移民价值是仅仅指宜居性吗？备选的项可能还包括拥有充分的资源、改造的难易程度、可到达便利性等等。
如果确实是要讨论宜居性，那么就需要考虑有些什么指标了。普通ESI显然是不合适的，那虽然称作是地球相似性指标，但实际上考虑的因素比较少，而且主要是从轨道、质量、气压等参数和地球进行比较，同时某些测算方法也要求比较其所围绕的恒星与太阳的差异。这样做一方面缩小了“可居住”的备选范围，另一方面又没有足够好的考虑到诸如恒星辐射、臭氧层、地核温度、大气组成、星球元素比例等对地球生物生存极为重要的参数。
为了研究宜居性，其实出现了各种各样的指标。我看了@emptymalei 分享的文章，PHI的目的也并不是考虑移民的价值，而主要考虑该星球出现原生生物的可能性。他实际上是在ESI的基础上进行了深化，并且把ESI分为内部和外部两类ESI，引入的参数注重了星球的长期稳定性、早期生物直接获取能量的可得性、基础元素的丰度（主要考虑了氮、硫、磷）、以及地圈（水圈、大气圈、地面、地幔等）等参数。
这些参数对于早期生物生成是至关重要的，但是从移民的角度来看，人类及可能从地球迁移过去的生物并不一定需要星球具有很久的稳定态（这个条件主要是生物演化的时间要求），同时人类对能量获取的有效性是在逐渐提高的，所以能量的条件约束也不是那么的强，其他大部分条件相对来说也可以放宽一些；但是同时移民的话还需要考虑大气成分（否则就需要一直通过某些设备把空气转化为地球生物需要的空气）、辐射（如果是本土生物，对辐射的容忍范围应该会大于人类及其他地球生物）、水（像Titan那样仅仅是液体表面恐怕是不够的）、气候特征等。
问题是按照目前对系外行星的探寻办法，还没有一种方法可以获得足够多的信息，从而对系外行星真正的宜居性排序。这也是为什么现在大部分研究只能考虑传统ESI的主要原因。但是ESI往往是根据权重来分析不同因素的影响，忽略了木桶理论，也就是说加入某星球所有条件都和地球一模一样，但是有一个条件非常不适宜人类，那可能这个星球的宜居性就是0。但如果单纯的把每个参数乘起来，又可能导致或许某星球所有参数都在人类耐受的临界值以上，但是总体得分相当相当低的问题。
所以我建议是，根据可得的数据（所有目前可以普遍拿到的参数都可以用），每一个可行参数设定一个耐受区间，也就是人类能够接受，或者在这个区间内在经济可行的情况下可以改造成人类能够接受的区间，边界值及以外为1分，最适宜的值给满分（满分的值，可以作为权重赋值），然后取对数相加的形式计算最终的得分。这个得分不会有最高分，最低分为0。很有可能有一天会出现比地球还要适合人类居住的星球，所以抱着“没有最合适，只有更合适”的心态看待宇宙。虽然说具体的分值本身或许没有意义，但是只要在选取参数组相同的情况下，用来给一篮子系外行星宜居性排序应该是足够了。

[emptymalei]

@qnzi 可以麻烦你给个可行的例子么？

另外，这是我们上次讨论的结果：http://interimm.org/InterImmBook/exoplanets.html

[qnzi]

@emptymalei,之前没有看到你们的这个成果。我感觉我想到的关键点你们都已经考虑到了。不过有点疑问。首先为什么大气压下界这么紧，上界这么开阔？
我建议可以增加恒星辐射，这个参数可以通过对主恒星的观测以及轨道情况计算出来的，也是可能获取的信息之一。
另外我建议还是需要引入一定的权重。比如固态星球、水、大气成分、大气压相对就比较重要，重力、温度相对来说比较容易调节，或者说可以找一些特定的点来减少这两项参数的不利。那么假设固态星球作为乘数，只有1和0的取值；水根据含量取值，峰值30000，大气成分峰值为30000，大气压峰值为10000，重力峰值是100，温度峰值是1000.（我不知道有没有学生物的，峰值的具体取值要根据对人类生存的重要性来定。另外地球也未必是最适合人类的地方，例如温差比较大，氧含量略显不足，重力略大了一点，等等）

就利用你们的成果，我来解释一下。是否固态为S，水贮藏量（及开发难度）得分为W，平均温度得分为T，大气压得分为P，大气中氧气含量得分为O，如果目前只能获得这些信息，那星球的宜居性为：
AHI（Adjusted Habitating Index）=S（ln（W）+ln（T）+ln（P）+ln（O））
未来能够探测的参数越多，得分也会越高的。但是一旦乘数类指标为0，那整个得分就变成0了。
建议不要搞ABCDE，这样太笼统了。单项的话建议还是以打分制为主。

[emptymalei]

@qnzi 你说的这个我们也是讨论过的，只不过不具有可操作性。而且用一个数字来表示价值，往往不是那么全面准确，得分高不一定价值高。

或者可以这么说，用一个数字来表示价值，更像是下一步的工作，目前来说，我们探测器所知的数据太笼统，用单个数字并不是那么有效。

[emptymalei]

分享一篇ESI的新文章：http://arxiv.org/abs/1507.06293

他们的一个原则是让火星很地球最相似。

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辅助文章：

1. http://hoffman.cm.utexas.edu/courses/Science-2013-Seager-577-81.pdf
2. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22017274

[emptymalei]

不如下次圆桌我们一起学习一下这篇论文？