近日，中国科学院紫金山天文台等提出一个限定低质量系外行星物质成分的方法，揭示迄今已发现的低质量系外行星大多是类似地球的岩石行星，为系外行星宜居性研究提供了理论依据。寻找类似地球的宜居行星一直以来是系外行星研究的前沿课题。随着观测技术的不断进步，天文学家目前已发现了近四千颗系外行星。
这些系外行星样本一方面为研究和检验行星形成理论提供了宝贵的观测依据，另一方面还将有助于回答许多在行星科学中众多悬而未决的科学问题。为了破除系外行星质量半径关系上的简并关系，来自紫金山天文台和瑞士伯尔尼大学的科研人员，从长期演化的角度着手，分析观测到的系外行星的质量和半径，并把行星的中央恒星类型、行星系统的年龄与行星的轨道半长径等关键参数作为分析依据。
该研究首先模拟了十多万例行星在100亿年的时间内的形成和演化过程，得到了和真实观测到的系外行星样本相符的统计分布，验证了该方法所依赖的行星形成和演化理论。进一步模拟了两批具有不同行星含水量的算例，并把两个算例给出的行星族群在半径空间的分布和美国NASA的Kepler空间望远镜观测到的系外行星的半径分布相比较，发现Kepler所发现的行星的半径分布对应于行星内核不含水的情况。
针对已获得较为精确的质量和半径数据的系外行星，研究人员计算了它们在各种极限初始条件和演化过程下得到的质量和半径，给出所对应的行星形成和演化历史，并最终限定出系外行星的整体物质组成。行星的整体物质成分与行星形成和演化过程中的诸多因素密切相关。研究一颗系外行星的整体成分，不仅有助于推测其形成和演化的历史，还可以判断该行星是否适宜生命存在。
在不远的将来，TESS、CHEOPS、PLATO 2.0这三个空间项目将得到大量系外行星高精度的质量和半径信息。该项工作为后续系外行星样本物质成分甄别及系外行星的宜居性研究等提供了坚实基础。相关研究成果发表在《天体物理学杂志》上，第一作者为紫金山天文台博士晋升，合作者为瑞士伯尔尼大学教授Christoph Mordasini。该研究得到了国家自然科学基金委、中科院行星科学重点实验室等资助。