地球相似指數

地球相似指數（Earth Similarity Index，縮寫作ESI）是一個標定其他行星和地球相似程度的指數，範圍在0和1之間，地球自身的相似指數以1表示。地球相似指數是針對行星而設計，但也可以用於大型天然衛星和其他天體。地球相似指數可以經由行星半徑、密度、脫離速度和表面溫度代入公式計算得知^[1]。

該指數在0.8到1之間的行星代表擁有岩石組成的表面、可以在氣候溫和條件下保有類似地球大氣的行星。根據這個標準，太陽系中沒有任何與地球類似的行星或衛星：除了地球自身相似指數為1之外，排名第二的金星的地球相似指數為0.78。但最近發現有多個太陽系外行星在此範圍內，如開普勒438b是已證實的系外行星中地球相似指數最高的，達0.88。若開普勒候選星KOI-4878.01得到證實，其相似指數高達0.98。^[2]

值得一提的是，地球相似指數並不是衡量行星適居性的指標，該指標由行星適居指數來表徵。

計算公式

性質	參考值	權重
平均半徑	1.0	0.57
堆密度	1.0	1.07
逃逸速度	1.0	0.70
表面溫度	288 K	5.58

地球相似指數由下列公式計算：

ESI=\prod _{i=1}^{n}\left(1-\left|{\frac {x_{i}-x_{i_{0}}}{x_{i}+x_{i_{0}}}}\right|\right)^{\frac {w_{i}}{n}}

其中 $x_{i}$ 是行星的某個性質（如表面溫度）， $x_{i_{0}}$ 是地球上對應性質的參考值（如288K）， $w_{i}$ 是該性質的權重，n是行星性質的總數量。權重用於調整不同性質的敏感程度。右表中列出了這些性質及對應的參考值和權重。

地球相似指數可以分為兩部分：地球內部相似指數和地球表面相似指數。其中平均半徑和堆密度用于衡量內部相似指數，而表面溫度和逃逸速度用于衡量表面相似指數。兩者綜合起來的全局相似指數則用於整體測量。

高相似指數行星

藝術家構想中的系外行星開普勒-22b。該行星因為與地球相似的大小和溫度而被認為具有高地球相似指數，但是其密度當前還未知。

著名的地球相似天體都是系外行星。然後由於許多系外行星探測方法對於地球相似指數的參數無法量化，該排名也僅作參考。例如使用較成功的凌日法可以高精度地測得半徑，但是對於質量和密度則常常只能估計。又如徑向速度法能夠更精確地測得質量，但是測得精準的半徑則較困難。因此通過多種方法來測定可以提高地球相似指數的精度，但多數場合下這是無法做到的。

以下行星具有高ESI指數：

行星	全局ESI	狀態/註釋/參考
KOI-4878.01	0.98	未證實^[2]
KOI-3456.02（英語：KOI-3456.02）	0.93	未證實^[2]
開普勒395c	0.91	未證實^[2]
KOI-5737.01（英語：KOI-5737.01）	0.90	未證實^[2]
KOI-7179.01（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）	0.89	未證實^[2]
KOI-5806.01（英語：KOI-5806.01）	0.88	未證實^[2]
KOI-7235.01（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）	0.88	未證實^[2]
開普勒438b	0.88
KOI-5499.01 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）	0.86	未證實^[2]
開普勒296e	0.85
KOI-2194.03	0.85	未證實^[2]
格利澤667C c	0.84
KOI-2626.01	0.84	未證實^[2]
KOI-2626.01	0.84	未證實^[2]
開普勒452b	0.83
開普勒62e	0.83
格利澤832c	0.81
開普勒283c	0.79
開普勒296f	0.78
鯨魚座τe	0.78	未證實^[2]
格利澤180c	0.77	未證實^[2]
格利澤667C f	0.77
格利澤581g	0.76	未證實^[2]
格利澤163c	0.75
HD 40307 g	0.74
開普勒61b	0.73
格利澤422b	0.73	未證實^[2]
開普勒-22b	0.71	^[3]
開普勒-298d	0.68
開普勒62f	0.67
開普勒-174d	0.61
格利澤667C e	0.60
格利澤682b	0.59	未證實^[2]
格利澤581d	0.53

非行星的相似指數

木衛一和地球、月球按比例的對比。太陽系的一些衛星和矮行星儘管明顯比地球小，但是密度和溫度與地球類似，這樣它們的地球相似指數也相對較高。理論上地球大小的太陽系外衛星和其他非行星天體也能有高地球相似指數。

地球相似指數還能使用在其他非行星天體上，如天然衛星、矮行星及小行星。但至少對於我們已知的太陽系裏這部分天體來說，因為它們的平均密度和溫度較低，使得它們的全局地球相似指數也處於一個較低的水平。^[4]

以下非行星天體擁有較高的全局地球相似指數，其中只有土衛六有顯著的大氣：

天體	分類	全局ESI
KOI-433.02m	太陽系外衛星（未證實）	0.93
月球	天然衛星	0.56
木衛一	天然衛星	0.36
木衛四	天然衛星	0.34
木衛三	天然衛星	0.29
穀神星	矮行星/小行星	0.27
木衛二	天然衛星	0.26
灶神星	小行星	0.256
土衛六	天然衛星	0.24
智神星	小行星	0.222
天衛三	天然衛星	0.10
土衛二	天然衛星	0.094
冥王星	矮行星	0.075
海衛一	天然衛星	0.074

參考文獻

^ Earth Similarity Index (ESI). Planetary Habitability Laboratory. [2012-11-08]. （原始內容存檔於2014-02-03）.
^ ^2.00 ^2.01 ^2.02 ^2.03 ^2.04 ^2.05 ^2.06 ^2.07 ^2.08 ^2.09 ^2.10 ^2.11 ^2.12 ^2.13 ^2.14 ^2.15 ^2.16 HEC: Data of Potentially Habitable Worlds - Planetary Habitability Laboratory @ UPR Arecibo. upr.edu. [2013-04-05]. （原始內容存檔於2017-12-01）.
^ Updates on Kepler-22 b during the First Kepler Science Conference - Planetary Habitability Laboratory @ UPR Arecibo. upr.edu. [2013-04-12]. （原始內容存檔於2011-12-08）.
^ pg 143. Multivariate and other worksheets for R (or S-Plus): a miscellany （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） P.M.E.Altham, Statistical Laboratory, University of Cambridge. January 10, 2013

外部連結

HEC: Data of Potential Habitable Exoplanets and Exomoon s. 2012-07-20 [2012-07-25]. （原始內容存檔於2014-03-09）（英語）.

參見

[esi-1] Earth Similarity Index (ESI). Planetary Habitability Laboratory. [2012-11-08]. （原始內容存檔於2014-02-03）.

[upr.edu-2] 2.00 ^2.01 ^2.02 ^2.03 ^2.04 ^2.05 ^2.06 ^2.07 ^2.08 ^2.09 ^2.10 ^2.11 ^2.12 ^2.13 ^2.14 ^2.15 ^2.16 HEC: Data of Potentially Habitable Worlds - Planetary Habitability Laboratory @ UPR Arecibo. upr.edu. [2013-04-05]. （原始內容存檔於2017-12-01）.

[3] Updates on Kepler-22 b during the First Kepler Science Conference - Planetary Habitability Laboratory @ UPR Arecibo. upr.edu. [2013-04-12]. （原始內容存檔於2011-12-08）.

[4] 143. Multivariate and other worksheets for R (or S-Plus): a miscellany （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） P.M.E.Altham, Statistical Laboratory, University of Cambridge. January 10, 2013

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