超级类地行星，又称超级地球，是指巨大的类地行星，因其大于太阳系内的类地行星又明显小于海王星等气态行星而称为超级类地行星。科学家推测这些行星拥有与地球相似的板块构造。超级类地行星的表面一般都有峡谷、陨石坑和火山。

中文名：超级类地行星

外文名：Super earths

别名：超级地球

发现者：亚历山大·沃尔兹森

发现时间：1992年（具体日期不详）

天体类型：类地行星

到2013年，开普勒任务发现的超级地球数量统计

在一般情况下，超级地球只以质量作为判定条件，而温度、成分、轨道参数、适居性或星球环境等条件则不包括在内。超级地球质量上限普遍认为地球质量的10倍（约天王星质量的69%），而下限为地球质量的1倍、1.9倍、5倍不等，在不同的大众媒体下有不同的标准。一些学者进一步指出，在超级地球定义上应该增加是否有显著的大气层；或是不但具有大气层，还有固态表面；或是像海洋行星一样有着广大的海洋且有一层大气层覆盖其上，这种类型的行星没有出现于太阳系内。若系外行星超过地球质量10倍的上限，依照其是否由岩石、冰、或是气体组成成分，确定该行星是否为类地行星或是气态巨行星 。

理论上，类地行星可根据岩石种类分为两类，一类以硅化合物为主，另一类以碳化合物为主，像是含碳球粒陨石的小行星。这两类分别称为硅酸盐行星和碳行星。自1995年发现第一颗超级地球后，天文学家又陆续探测到上千颗超级地球。由于多数超级地球距离太远，天文学家无法直接通过普通天文望远镜用肉眼观察，而只能依靠光谱分析等探测方式间接测算出超级地球的存在。

组成

在科学计算上，如果可以同时利用径向速度及凌日法侦测到某超级地球，那该星球的质量与半径便可确定，并可延伸计算出出该星球的平均总体密度。低密度的星球可能是由氢和氦元素组成，类似于迷你海王星；中密度的星球主要元素组成可能包括水，类似于海洋行星，或是该星球内部有一颗密度大的核心，但外围被一层广大的气体覆盖着，类似于较小的气体行星。另一项常用的推论条件是当某超级地球的星球半径大于地球半径1.5倍条件下，其密度随星球半径增加而增加；但若是其密度随星球半径增加而下降，则该行星可能是其内部为岩石核心，但其被一层气体包覆着；这推论条件主要建立在观察过65个小于地球半径4倍的超级地球统计数据。高密度的超级地球推论是由岩石、金属或岩石与金属混和组成的，如地球和太阳系其它类地行星。而在超级地球内部可能是分层不明显，部分明显或内部分层完全明显。哈佛大学天文系研究人员开发了一款在线工具来分析超级地球的组成。

鉴于超级地球相对较大的质量，它们与地球在物理特性上有着一定的差距。一份以戴安娜·巴伦西亚（Diana Valencia）为主的团队针对格利泽876d的研究报告显示，使用经由检测行星及其相应质量的凌日法所测得出来的半径，有可能推测出超级地球的组成结构。计算绕行格利泽876的行星所得出的范围，可以是在9200千米（约为地球半径的1.5倍）的固态行星到地核大到超过12000千米以上（约为地球半径的2倍）有着冰层覆盖表面的液态行星。在这半径的范围之内，超级地球格利泽876d的表面引力为3.3g与1.9g之间。强大的表面引力是超级地球的主要特征，通常大于海王星与土星这样的行星，在某些情况下则大过木星。

温度

由于大气层的影响，无法测量超级地球上的反照率、温室效应与表面温度，通常只能得知该行星的平衡温度。例如：地球的平衡温度为254.3 K（-19°C），这是由于地球上的温室气体让地表温度能保持温暖；但像金星的平衡温度为184.2 K（-89°C ），然而金星表面实际温度却是737 K（464°C），因其浓厚的大气层让热量无法散发出去。在以上的例子可以得知，无法从行星平衡温度来推算外星球的反照率、温室效应与表面实际温度。

磁场

地球磁场主要成因为地球内部的液态金属外核，但在超级地球上，其质量高的状况下在超级地球内部会产生高压，伴随着超级地球内部核心组成成分黏度更大，熔点也更高，导致内部核心地核与地幔分界不明显，成为无核心之星球。如果能在某个超级地球的岩石中找出氧化镁的存在，可推估氧化镁会以液态形式存在于超级地球内部，从而可推导出该星球地幔处可产生磁场。

水资源

欧洲空间局的赫歇尔太空望远镜发现另一个恒星系统中外围庞大小天体（彗星等）集群并不是罕见的，在2013年早些时候，该望远镜也对著名的北落师门恒星系统进行观测。使用红外波段的观测技术可透过外围厚厚的尘埃盘，天文学家可以估计该恒星系统中有多少颗彗星在进入内侧轨道后被摧毁。科学家也假设了恒星系统中运行在轨道上的行星与彗星发生碰撞的事件，通过这些模型得出北落师门外围岩屑盘存在2600亿至83万亿颗彗星，而太阳系外围的奥尔特云中的彗星数量被认为与此相类似。这项观测也对行星上演化出海洋进行推测，扩展了类地行星的可居住性和潜在的可居住系外行星。

在缺乏大质量气态行星（诸如土星和木星）的恒星系统中，位于内侧轨道的行星可避免大质量彗星的轰击，相反的是，较小的类海王星天体可使内侧轨道行星保持稳定的小型流星雨袭击。正因为如此，格利泽581与室女座61恒星系统正在受到外层盘状物质群中大量小彗星长期的撞击。考虑到格利泽581恒星系统已经有近20亿年的演化史，那么内侧轨道行星可能蕴藏着相当大的水资源。

板块构造

类地行星是以硅酸盐石作为主要成分的行星。它们跟类木行星有很大的分别，因为那些气体行星主要是有氢、氦、和水等组成，而不一定有固体的表面。类地行星的结构大致相同：一个主要是铁的金属中心，外层则被硅酸盐地幔所包围。它们的表面一般都有峡谷、陨石坑、山和火山。

开普勒-22b

板块构造(巨大的板块运动组成地球的固体外壳)是造成地震、火山和其他地质学事件的主要原因。事实上，它们已经支配了地球的地质学历史。地球是已知的仅有的一颗拥有板块构造的行星，相关人员提出，这种运动是生命进化的一个必要条件。哈佛大学的行星科学家黛安娜·巴伦西亚和她的同事们在《天体物理学》杂志上发表的一篇论文中预言，超级类地行星(它们的体积是地球的1到10倍)拥有板块构造将会满足它们维持生命的一个需要。巴伦西亚认为一些超级类地行星可能位于它们的太阳系中的‘可居住带’内，这意味着它们与母星之间的距离正适合液态水存在，因此也适合生命存在。最终，只有这些行星的热和化学演变将决定是否它们可以居住。但是这些热和化学性质与板块构造的关系非常密切。

通过详细的模型，科学家发现了超级地球的行星内部结构，巴伦西亚和她的科研组测定了与板块的厚度有关的超级类地行星的质量，和板块承受的应力值。这些压力(非常缓慢的地球地幔对流的一部分)是导致板块变形和俯冲(一个板块沉到另一个板块的下方)的主要驱动力。对那些比地球大得多的行星来说，这种驱动力将比地球的更大。这个科研组发现，当行星质量增加时，它的切应力会随之增加，而板块厚度会变薄。这些因素削弱了板块，导致板块俯冲发生。板块俯冲是板块构造的基本组成部分。他们的研究结果显示，对更大的类地行星来说，上述因素更加必不可少。

研究前景

可能存在的行星九（Planet X）的想象图

太阳系没有已知的超级地球，因为地球是太阳系中最大的类地行星。更大的行星，比如天王星，质量至少是地球的14倍，并且较厚的大气层，没有明确的岩石或液体表面。木星、土星、天王星、海王星被统称为气态巨行星，天王星、海王星又称为冰巨星。 2016年1月，有人提出在太阳系中假设存在的第九行星（行星九，Planet X）可能是一个超级地球，以解释6个外海王星天体的轨道行为，但据推测也有可能是冰天王星或海王星之类的冰巨星。 根据2019年的精确模型推测，其质量限制在5个地球质量之内，因此行星九很可能是超级地球

已经被发现的超级地球还只是冰山一角，而随着现代观测手段的进步和新一代技术革新，发现超级地球的速度会越来越快。越来越多的专门用于发现系外行星的太空望远镜被送入太空，比如CoBoT、开普勒太空望远镜、凌日系外行星巡天卫星（TESS），它们将不断寻找适合居住的类地行星。将来，人类将可能找到围绕着类 似太阳这样的恒星公转、并且真正适合人类居住的系外行星，科幻小说中经常出现的星际移民将可能成为现实。

早期发现

1992年，亚历山大·沃尔兹森（Aleksander Wolszczan）与戴尔·费雷欧（Dale Frail）在发现脉冲星PSR B1257+12旁存在系外行星，其中外围的两颗行星质量皆为地球的4倍左右。这些行星也是最早被发现的系外行星。

2005年

格利泽876d想象图

2005年，尤金尼亚·里维拉（Eugenio Rivera）领导的一支团队发现了首颗围绕主序星的超级地球，因其围绕格利泽876（Gliese 876）公转，而被命名为格利泽876d（Gliese 876 d）。而在其之前，已有两颗体积近似木星的类木行星在其星系中被发现。格利泽876d的质量估计是地球7.5倍，轨道周期相当短，只有两天左右。鉴于格利泽876d的与日距离，它表面温度可达430-650开尔文，无法支持液态水的存在。 作为超级类地行星，格利泽876d可能存在活跃的火山活动，可以照亮夜面，可以在太空中被看到。

2006年

OGLE-2005-BLG-390L b想象图

2006年1月25日，拉西拉天文台的天文学家用微引力透镜法在银河系核心深处发现一颗和地球非常相似的行星OGLE-2005-BLG-390L b。这颗行星半径为地球的1.69倍，质量是地球的5.5倍，距离太阳系21500±3300光年，也是最远的系外行星之一。 同年5月18日，Christophe Lovis发现了一颗质量10倍于地球的系外行星HD 69830 b。它围绕着一颗类太阳恒星运行，轨道半长轴仅有0.0785天文单位，公转周期只需要8.6667天。后期的研究认为，如果它是气态巨行星，可能不会以这种形式留在距离恒星这么近的地方。那么，HD 69830 b很有可能是一颗超级类地行星，模型预测它的潮汐热会使表面的热通量高达大约55 W/m2，这是火山遍布的木卫一的20倍。

2007年

格利泽581c与地球和海王星比较

2007年4月，由斯特凡·乌德里（Stéphane Udry）所领导的一支瑞士团队，宣布在格利泽581（Gliese 581）发现首颗位于宜居带的超级地球。格利泽581c（Gliese 581 c）的表面有可能存有液态水，质量为地球的5倍，与母恒星格利泽581距离为0.073天文单位（1100万千米），位于宜居带内边缘。其平均温度（不考虑来自大气的影响），按金星反照率计算为-3℃，按地球反照率计算为40℃。后续研究认为，格利泽581c可能有与金星一样的失控温室效应。

2008年

2008年6月2日，天体物理学家戴维·本内特（David P. Bennett）使用微引力透镜法发现了MOA-2007-BLG-192Lb，合作宣布了该行星。 这颗行星大约有3.3个地球质量，围绕着一个褐矮星运行。 这是当时发现的最小的系外行星。MOA（Microlensing Observations in Astrophysics）是一个由新西兰和日本研究人员的合作项目，在南半球使用微引力透镜来观察暗物质、太阳系外行星、恒星大气层。

2008年6月，欧洲研究人员宣布在恒星HD 40307周围发现了三个超级地球，该恒星的质量仅比太阳小。 三颗行星质量下限分别为地球质量的4.2、6.7和9.4倍。欧洲南方天文台科学家团队使用位于智利拉西拉天文台的高精度径向速度行星搜索器（HARPS，High Accuracy Radial velocity Planet Searcher）通过径向速度法检测到这些行星。 此外，同一团队还宣布发现了另外一颗超级地球HD 181433 b，绕着HD 181433轨道运行，其质量是地球质量的7.5倍。这颗恒星还另外拥有两颗类木行星。

2009年

CoRoT-7 b想象图

2009年2月3日，法国领导的CoRoT望远镜（Convection, Rotation and planetary Transits）团队宣布发现了柯洛7b（COROT-7 b）行星，其质量估计为4.8地球质量，轨道周期仅为0.853天。对COROT-7 b的密度估算表明，该岩石成分包括岩石硅酸盐矿物，类似太阳系内的4颗类地行星，这是一个新的重要发现。紧随HD 7924 b之后被发现的COROT-7 b，是首颗围绕G型或更大主序列恒星运行的超级地球，之前发现的超级地球都围绕红矮星运行。由于轨道半长径只有0.017天文单位，该行星的表面温度极高，达到了1000-1500°C。在如此高的温度下，其上可能布满了熔岩和水蒸气。

2010年

Gliese 581恒星系统与太阳系比较

2010年9月29日，美国国家科学基金会的天文学家们9月29日宣布发现一颗迄今为止与地球最类似的星球，它的部分区域环境与温度适合人类居住。这颗名叫Gliese 581 g的行星位于天枰座星群，环绕比太阳小许多的红色恒星Gliese 581运行。该恒星距离地球20光年，天文学家已经找到6颗绕Gliese 581运行的行星。另外5颗（Gliese 581 b到Gliese 581 f）都不位于适居带内，然而Gliese 581 g正好在可居住区内，它的温度不会太热或太冷，可以维持液态水的存在。Gliese 581 g很可能是一颗岩石星球，表面或许有水和大气层，它的直径大约是地球的1.2到1.4倍，质量大概是地球的3.1到4.3倍，引力与地球相近，其表面平均温度在零下31度到零下12度之间。它所围绕运行的这颗红矮星的温度只有太阳的1/50，体积是太阳的1/3。Gliese 581g绕恒星运行一圈只要37天，而且它的一面是永远对着“阳光”，另外一面则永远处于黑暗之中。所以它朝阳的这面可能很热，温度可达100多度，背光的一面的温度则可在零下几十度。

2011年

2011年5月初由麻省理工学院、哥伦比亚大学、哈佛大学、加州大学圣克鲁斯分校组成的国际天文学家小组正式公布了55 Cancri e的发现，环绕着编号为55 Cancri A的恒星，公转一周仅需18个小时。也就是说，在该行星上看到的太阳比地球上看到的大60倍，亮度大3600倍。行星表面温度2700摄氏度，麻省理工的天文学家认为如此高的温度不可能存在大气结构，但也有一些科学家相信足够强的引力能留住部分大气。由于主恒星有着较高的亮度，所以能进行许多较为敏感的测量。通过该行星可以对行星形成、演化以及整个生命周期进行充分研究。

55 Cancri e的想象图

由55 Cancri A恒星构成的行星系统，第一颗行星于1997年由加州的一个研究小组发现，命名为55 Cancri b。在其后的五年内，该小组又发现了另外两颗行星，也就是55 Cancri c和55 Cancri d，到了2004年，德州的研究小组发现了55 Cancri e，发现的一颗在2008年，也是该行星系统第五颗行星55 Cancri f。这五颗行星的发现过程都是基于多普勒技术，恒星由于附近行星的引力作用，会产生摇摆现象，进而通过测量星光波长的变化确定行星的参数。哈佛的天文学博士研究生Rebekah和加州圣克鲁斯分校的系外天体专家Daniel，重新分析了2004年的数据，认为55 Cancri e的轨道周期要比原先认为的要小，之后麻省理工学院的Winn和史密森天体物理中心的Matt Holman天文学家申请动用MOST空间望远镜进行观测，发现凌日现象发生周期只有17小时41分，符合前者的分析，而恒星光线在每次凌日时只变暗1/5000，这些数据还得出了结论：这颗行星的直径大约在21万公里，比地球大60%左右。

2012年

GJ 1214b围绕一颗红矮星运行

2012年2月20日，天文学家发现一颗新的行星GJ 1214 b。这颗系外行星属于超级地球，其大气层可能含有充沛的水蒸气或被厚厚的雾所笼罩。因此天文学家认为，那里可能有不同的物质存在。美国天文学家用哈勃太空望远镜观察了这颗类地行星，它距地球仅40光年，环绕着一颗昏暗的红矮星运行。GJ 1214b的直径约为地球的2.7倍，其质量是地球的7倍。该星球温度很高，可能达到230摄氏度，因此那里可能有不同的物质存在。这是第一颗发现拥有大气层的超级地球，其他都是气体巨星。另据估计，这颗行星75%的表面区域是被水蒸气覆盖的，所以待在上面极有可能感觉像在蒸桑拿。但这已是人类作出此类观察后发现的温度最低的行星。哈佛-史密松森天体物理中心的主要研究人员伯尔塔说：“GJ 1214b不同于我们已知的所有星球。”

2012年11月，天文学家四发现可能适宜生命居住星球的HD 40307 b，体积相当于地球的7倍。恒星HD 40307位于绘架座，距地球约42光年，有三颗行星环绕，但是通过高度灵敏的数据滤波方法计算，该恒星系统还存在另外三颗行星。最远端的一颗行星处于“最佳位置”，与恒星的距离恰巧可使液态水存在。

2013年

开普勒62与太阳系比较

2013年4月，美国国家航空航天局艾姆斯研究中心的威廉·博拉奇（William Borucki）领导的开普勒任务团队，发现有5颗行星在一颗类似太阳的恒星开普勒62（Kepler-62）的宜居带中运行，距离地球1200光年。这些新的超级地球的半径分别是地球的1.3倍，1.4倍，1.6倍和1.9倍。这两个超级地球的理论模型开普勒62e（Kepler-62 e）和开普勒62f（Kepler-62 f）都可能都有固体表面，或者由岩石或者由岩石与水冰共同组成。

Gliese 667 C c上三个太阳的日落

2013年6月25日，欧洲南方天文台宣布发现了3颗超级地球绕着恒星Gliese 667 C运行，另外两颗行星均不适宜已知生命，理论上Gliese 667 C c可能存在生命。Gliese 667三恒星系统位于天蝎座，离地球约22光年远。红矮星Gliese 667 C本身是这个三恒星系统最外围的成员，而它又拥有三颗行星。Gliese 667 C c在恒星Gliese 667 C的适居带中运行，与距恒星的距离使温度恰好适合水以液态形式存在，而不是被恒星辐射剥离或永久地冰冻在冰中。

2014年

开普勒10c与地球、海王星比较

2014年5月，早前发现的开普勒10c（Kepler-10 c）被确定具有与海王星相当的质量（17个地球质量），根据半径2.35R⊕计算的密度表明，它是当时已知最大的可能主要具由岩石构成的行星。开普勒10c远高于“超级地球”一词通常使用的10个地球质量上限。因此，有人提出了巨无霸地球（mega-Earth）一词。然而，在2017年7月，对HARPS-N和HIRES数据进行的更仔细的分析表明，开普勒10c的质量比原先想象的要小得多，而是大约7.37（6.18至8.69）地球质量，平均密度为3.14 g/cm3。 更准确地确定的开普勒10c质量表明，岩石成分不占主导地位，该行星可能几乎完全由挥发物组成，其中主要成分是水。

2015年

Kepler 452 b想象图

2015年1月6日，美国国家航空航天局宣布了开普勒太空望远镜发现的第1000颗系外行星。 发现新近确认的系外行星中的三个在其相关恒星的宜居区域内运行：其中两个是开普勒-438b（Kepler-438 b）和开普勒-442b（Kepler-442 b）接近地球大小。 第三个是开普勒440b（Kepler-440 b），是超级地球。2015年7月23日，美国国家航空航天局宣布发现开普勒452b（Kepler 452 b），这颗行星直径是地球的1.6倍，地球相似指数(ESI)为0.83 ，位于距离地球1400光年的天鹅座。这是截至2015年，发现的首个围绕着与太阳同类型恒星旋转且与地球大小相近的宜居行星，有可能拥有大气层和流动水，被称为”地球2.0“或“地球的表哥”。

2015年7月30日，《天文学与天体物理学》杂志发表一个六行星系统HD 219134的文章，其中三个超地球围绕一颗明亮的矮星运行。 HD 219134是在仙后座种距离地球21光年的一颗恒星。 轨道最短的行星是HD 219134 b，但它不在其恒星的宜居区域。

2016年

比邻星b表面的想象图

2016年8月，天文学家宣布探测到比邻星b（Proxima b），这是一颗地球大小的系外行星，位于离太阳最近的比邻星（Proxima Centauri）的宜居带中。不过比邻星是一颗红矮星，会不定期的产生强大的耀斑，强烈的紫外线辐射对发展生命非常不利。 比邻星b是距离地球最近的系外行星，也是距离地球最近的超级地球。突破摄星（Breakthrough Starshot）项目正在研发的星际微型太阳帆船队，准备经过数十年的旅行对比邻星开展飞掠观测。

2017年

2017年2月16日，一个国际天文学家团队发现了60颗围绕临近太阳系的恒星系统运转的新行星，其中包括一颗表面多为岩石的超级地球Gliese 411 b（Lalande 21185 b），Gliese 411是距离太阳仅8.31光年，是第四近的恒星系统。Gliese 411 b质量至少为地球的2.69倍，公转周期12.946天，但是这颗行星太热，生命无法在其表面生存。

TRAPPIST-1系统7颗行星与太阳系类地行星比较

2017年2月，天文学家在TRAPPIST-1周围发现7颗类地行星，行星总数仅次于太阳和开普勒90（Kepler-90），是已知拥有最多类地行星的恒星系统，超过了太阳系的4颗。TRAPPIST-1是一颗表面温度极低的超冷红矮星，距离地球约39.13光年（12.0秒差距），天球上位于宝瓶座。TRAPPIST是智利拉西拉天文台的凌星行星及原行星小望远镜（TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope）项目。

2018年

巴纳德星b环境想象图

K2项目是开普勒太空望远镜在2013年4个反应轮中的2个失灵后开展的第二阶段任务。2018年2月，K2项目发现了超级地球K2-141b，这是一个超短周期行星（ultra-short period planet，USP），绕主恒星K2-141（EPIC 246393474）公转周期仅为0.28天（6.72小时）。 2018年3月，K2项目还发现了另一个半径为地球1.64倍的超级地球，K2-155d。 2018年6月，天文学家宣布发现波江座40b（40 Eridani b），距离太阳系仅16光年。2018年11月，研究人员发现距离地球6光年远的一颗超级地球巴纳德星b（Barnard b或GJ 699 b），围绕巴纳德星（是距离地球第二近的恒星）运行。巴纳德星b被认为极度寒冷，温度与木卫二相似，约为摄氏零下150度。

2019年

2019年7月，凌日系外行星巡天卫星（TESS，Transiting Exoplanet Survey Satellite）团队宣布发现距离地球31光年超级地球GJ 357 d，其质量至少为地球的6.1倍，位于长蛇座。

2022年

2022年9月，一个国际科研团队发现了两颗距离地球仅100光年的新行星，其中一颗可能适合生命生存。据美国哥伦比亚广播公司报道，这两颗行星都被称为“超级地球”，分别是LP 890-9b和LP 890-9c。LP 890-9b比地球大约30%，半径超过5200英里（约8369公里），仅需2.7天就能绕其恒星一周；LP 890-9c（后来被研究人员重新命名为SPECULOOS-2c）比地球大约40%，半径超过5400英里（约8690公里），轨道周期约需要8.5天。

2024年

2024年2月消息，美国国家航空航天局（NASA）宣布找到一颗新“超级地球”，行星编号TOI-715b。该行星的宽度约为地球的一倍半，绕着一颗红矮星公转，轨道处在不远不近的“宜居区”内。由于母星很小，这颗“超级地球”绕行一周的时间仅有19个地球日。此外，值得一提的是，尽管该行星与地球的距离为137光年，约是地球距离太阳的8700万倍，但在天文学领域已经算相当近了。