定義
在一般情況下，超級地球隻以質量作為判定條件，而溫度、成分、軌道參數、适居性或星球環境等條件則不包括在内。超級地球質量上限普遍認為地球質量的10倍（約天王星質量的69%），而下限為地球質量的1倍、1.9倍、5倍不等，在不同的大衆媒體下有不同的标準。一些學者進一步指出，在超級地球定義上應該增加是否有顯著的大氣層；或是不但具有大氣層，還有固态表面；或是像海洋行星一樣有着廣大的海洋且有一層大氣層覆蓋其上，這種類型的行星沒有出現于太陽系内。若系外行星超過地球質量10倍的上限，依照其是否由岩石、冰、或是氣體組成成分，确定該行星是否為類地行星或是氣态巨行星 。
理論上，類地行星可根據岩石種類分為兩類，一類以矽化合物為主，另一類以碳化合物為主，像是含碳球粒隕石的小行星。這兩類分别稱為矽酸鹽行星和碳行星。自1995年發現第一顆超級地球後，天文學家又陸續探測到上千顆超級地球。由于多數超級地球距離太遠，天文學家無法直接通過普通天文望遠鏡用肉眼觀察，而隻能依靠光譜分析等探測方式間接測算出超級地球的存在。
物理特性
組成
在科學計算上，如果可以同時利用徑向速度及淩日法偵測到某超級地球，那該星球的質量與半徑便可确定，并可延伸計算出出該星球的平均總體密度。低密度的星球可能是由氫和氦元素組成，類似于迷你海王星；中密度的星球主要元素組成可能包括水，類似于海洋行星，或是該星球内部有一顆密度大的核心，但外圍被一層廣大的氣體覆蓋着，類似于較小的氣體行星。另一項常用的推論條件是當某超級地球的星球半徑大于地球半徑1.5倍條件下，其密度随星球半徑增加而增加；但若是其密度随星球半徑增加而下降，則該行星可能是其内部為岩石核心，但其被一層氣體包覆着；這推論條件主要建立在觀察過65個小于地球半徑4倍的超級地球統計數據。高密度的超級地球推論是由岩石、金屬或岩石與金屬混和組成的，如地球和太陽系其它類地行星。而在超級地球内部可能是分層不明顯，部分明顯或内部分層完全明顯。哈佛大學天文系研究人員開發了一款在線工具來分析超級地球的組成。
鑒于超級地球相對較大的質量，它們與地球在物理特性上有着一定的差距。一份以戴安娜·巴倫西亞（Diana Valencia）為主的團隊針對格利澤876d的研究報告顯示，使用經由檢測行星及其相應質量的淩日法所測得出來的半徑，有可能推測出超級地球的組成結構。計算繞行格利澤876的行星所得出的範圍，可以是在9200千米（約為地球半徑的1.5倍）的固态行星到地核大到超過12000千米以上（約為地球半徑的2倍）有着冰層覆蓋表面的液态行星。在這半徑的範圍之内，超級地球格利澤876d的表面引力為3.3g與1.9g之間。強大的表面引力是超級地球的主要特征，通常大于海王星與土星這樣的行星，在某些情況下則大過木星。
溫度
由于大氣層的影響，無法測量超級地球上的反照率、溫室效應與表面溫度，通常隻能得知該行星的平衡溫度。例如：地球的平衡溫度為254.3 K（-19°C），這是由于地球上的溫室氣體讓地表溫度能保持溫暖；但像金星的平衡溫度為184.2 K（-89°C ），然而金星表面實際溫度卻是737 K（464°C），因其濃厚的大氣層讓熱量無法散發出去。在以上的例子可以得知，無法從行星平衡溫度來推算外星球的反照率、溫室效應與表面實際溫度。
磁場
地球磁場主要成因為地球内部的液态金屬外核，但在超級地球上，其質量高的狀況下在超級地球内部會産生高壓，伴随着超級地球内部核心組成成分黏度更大，熔點也更高，導緻内部核心地核與地幔分界不明顯，成為無核心之星球。如果能在某個超級地球的岩石中找出氧化鎂的存在，可推估氧化鎂會以液态形式存在于超級地球内部，從而可推導出該星球地幔處可産生磁場。
适居性
水資源
歐洲空間局的赫歇爾太空望遠鏡發現另一個恒星系統中外圍龐大小天體（彗星等）集群并不是罕見的，在2013年早些時候，該望遠鏡也對著名的北落師門恒星系統進行觀測。使用紅外波段的觀測技術可透過外圍厚厚的塵埃盤，天文學家可以估計該恒星系統中有多少顆彗星在進入内側軌道後被摧毀。科學家也假設了恒星系統中運行在軌道上的行星與彗星發生碰撞的事件，通過這些模型得出北落師門外圍岩屑盤存在2600億至83萬億顆彗星，而太陽系外圍的奧爾特雲中的彗星數量被認為與此相類似。這項觀測也對行星上演化出海洋進行推測，擴展了類地行星的可居住性和潛在的可居住系外行星。
在缺乏大質量氣态行星（諸如土星和木星）的恒星系統中，位于内側軌道的行星可避免大質量彗星的轟擊，相反的是，較小的類海王星天體可使内側軌道行星保持穩定的小型流星雨襲擊。正因為如此，格利澤581與室女座61恒星系統正在受到外層盤狀物質群中大量小彗星長期的撞擊。考慮到格利澤581恒星系統已經有近20億年的演化史，那麼内側軌道行星可能蘊藏着相當大的水資源。
闆塊構造
類地行星是以矽酸鹽石作為主要成分的行星。它們跟類木行星有很大的分别，因為那些氣體行星主要是有氫、氦、和水等組成，而不一定有固體的表面。類地行星的結構大緻相同：一個主要是鐵的金屬中心，外層則被矽酸鹽地幔所包圍。它們的表面一般都有峽谷、隕石坑、山和火山。
闆塊構造(巨大的闆塊運動組成地球的固體外殼)是造成地震、火山和其他地質學事件的主要原因。事實上，它們已經支配了地球的地質學曆史。地球是已知的僅有的一顆擁有闆塊構造的行星，相關人員提出，這種運動是生命進化的一個必要條件。哈佛大學的行星科學家黛安娜·巴倫西亞和她的同事們在《天體物理學》雜志上發表的一篇論文中預言，超級類地行星(它們的體積是地球的1到10倍)擁有闆塊構造将會滿足它們維持生命的一個需要。巴倫西亞認為一些超級類地行星可能位于它們的太陽系中的‘可居住帶’内，這意味着它們與母星之間的距離正适合液态水存在，因此也适合生命存在。最終，隻有這些行星的熱和化學演變将決定是否它們可以居住。但是這些熱和化學性質與闆塊構造的關系非常密切。
通過詳細的模型，科學家發現了超級地球的行星内部結構，巴倫西亞和她的科研組測定了與闆塊的厚度有關的超級類地行星的質量，和闆塊承受的應力值。這些壓力(非常緩慢的地球地幔對流的一部分)是導緻闆塊變形和俯沖(一個闆塊沉到另一個闆塊的下方)的主要驅動力。對那些比地球大得多的行星來說，這種驅動力将比地球的更大。這個科研組發現，當行星質量增加時，它的切應力會随之增加，而闆塊厚度會變薄。這些因素削弱了闆塊，導緻闆塊俯沖發生。闆塊俯沖是闆塊構造的基本組成部分。他們的研究結果顯示，對更大的類地行星來說，上述因素更加必不可少。
研究前景
已經被發現的超級地球還隻是冰山一角，而随着現代觀測手段的進步和新一代技術革新，發現超級地球的速度會越來越快。越來越多的專門用于發現系外行星的太空望遠鏡被送入太空，比如CoBoT、開普勒太空望遠鏡、淩日系外行星巡天衛星（TESS），它們将不斷尋找适合居住的類地行星。将來，人類将可能找到圍繞着類 似太陽這樣的恒星公轉、并且真正适合人類居住的系外行星，科幻小說中經常出現的星際移民将可能成為現實。
發現曆史
早期發現
1992年，亞曆山大·沃爾茲森（Aleksander Wolszczan）與戴爾·費雷歐（Dale Frail）在發現脈沖星PSR B1257+12旁存在系外行星，其中外圍的兩顆行星質量皆為地球的4倍左右。這些行星也是最早被發現的系外行星。
2005年
2005年，尤金尼亞·裡維拉（Eugenio Rivera）領導的一支團隊發現了首顆圍繞主序星的超級地球，因其圍繞格利澤876（Gliese 876）公轉，而被命名為格利澤876d（Gliese 876 d）。而在其之前，已有兩顆體積近似木星的類木行星在其星系中被發現。格利澤876d的質量估計是地球7.5倍，軌道周期相當短，隻有兩天左右。鑒于格利澤876d的與日距離，它表面溫度可達430-650開爾文，無法支持液态水的存在。 作為超級類地行星，格利澤876d可能存在活躍的火山活動，可以照亮夜面，可以在太空中被看到。
2006年
2006年1月25日，拉西拉天文台的天文學家用微引力透鏡法在銀河系核心深處發現一顆和地球非常相似的行星OGLE-2005-BLG-390L b。這顆行星半徑為地球的1.69倍，質量是地球的5.5倍，距離太陽系21500±3300光年，也是最遠的系外行星之一。 同年5月18日，Christophe Lovis發現了一顆質量10倍于地球的系外行星HD 69830 b。它圍繞着一顆類太陽恒星運行，軌道半長軸僅有0.0785天文單位，公轉周期隻需要8.6667天。後期的研究認為，如果它是氣态巨行星，可能不會以這種形式留在距離恒星這麼近的地方。那麼，HD 69830 b很有可能是一顆超級類地行星，模型預測它的潮汐熱會使表面的熱通量高達大約55 W/m2，這是火山遍布的木衛一的20倍。
2007年
2007年4月，由斯特凡·烏德裡（Stéphane Udry）所領導的一支瑞士團隊，宣布在格利澤581（Gliese 581）發現首顆位于宜居帶的超級地球。格利澤581c（Gliese 581 c）的表面有可能存有液态水，質量為地球的5倍，與母恒星格利澤581距離為0.073天文單位（1100萬千米），位于宜居帶内邊緣。其平均溫度（不考慮來自大氣的影響），按金星反照率計算為-3℃，按地球反照率計算為40℃。後續研究認為，格利澤581c可能有與金星一樣的失控溫室效應。
2008年
2008年6月2日，天體物理學家戴維·本内特（David P. Bennett）使用微引力透鏡法發現了MOA-2007-BLG-192Lb，合作宣布了該行星。這顆行星大約有3.3個地球質量，圍繞着一個褐矮星運行。 這是當時發現的最小的系外行星。MOA（Microlensing Observations in Astrophysics）是一個由新西蘭和日本研究人員的合作項目，在南半球使用微引力透鏡來觀察暗物質、太陽系外行星、恒星大氣層。
2008年6月，歐洲研究人員宣布在恒星HD 40307周圍發現了三個超級地球，該恒星的質量僅比太陽小。 三顆行星質量下限分别為地球質量的4.2、6.7和9.4倍。歐洲南方天文台科學家團隊使用位于智利拉西拉天文台的高精度徑向速度行星搜索器（HARPS，High Accuracy Radial velocity Planet Searcher）通過徑向速度法檢測到這些行星。此外，同一團隊還宣布發現了另外一顆超級地球HD 181433 b，繞着HD 181433軌道運行，其質量是地球質量的7.5倍。這顆恒星還另外擁有兩顆類木行星。
2009年
2009年2月3日，法國領導的CoRoT望遠鏡（Convection, Rotation and planetary Transits）團隊宣布發現了柯洛7b（COROT-7 b）行星，其質量估計為4.8地球質量，軌道周期僅為0.853天。對COROT-7 b的密度估算表明，該岩石成分包括岩石矽酸鹽礦物，類似太陽系内的4顆類地行星，這是一個新的重要發現。緊随HD 7924 b之後被發現的COROT-7 b，是首顆圍繞G型或更大主序列恒星運行的超級地球，之前發現的超級地球都圍繞紅矮星運行。由于軌道半長徑隻有0.017天文單位，該行星的表面溫度極高，達到了1000-1500°C。在如此高的溫度下，其上可能布滿了熔岩和水蒸氣。
2010年
2010年9月29日，美國國家科學基金會的天文學家們9月29日宣布發現一顆迄今為止與地球最類似的星球，它的部分區域環境與溫度适合人類居住。這顆名叫Gliese 581 g的行星位于天枰座星群，環繞比太陽小許多的紅色恒星Gliese 581運行。該恒星距離地球20光年，天文學家已經找到6顆繞Gliese 581運行的行星。另外5顆（Gliese 581 b到Gliese 581 f）都不位于适居帶内，然而Gliese 581 g正好在可居住區内，它的溫度不會太熱或太冷，可以維持液态水的存在。Gliese 581 g很可能是一顆岩石星球，表面或許有水和大氣層，它的直徑大約是地球的1.2到1.4倍，質量大概是地球的3.1到4.3倍，引力與地球相近，其表面平均溫度在零下31度到零下12度之間。它所圍繞運行的這顆紅矮星的溫度隻有太陽的1/50，體積是太陽的1/3。Gliese 581g繞恒星運行一圈隻要37天，而且它的一面是永遠對着“陽光”，另外一面則永遠處于黑暗之中。所以它朝陽的這面可能很熱，溫度可達100多度，背光的一面的溫度則可在零下幾十度。
2011年
2011年5月初由麻省理工學院、哥倫比亞大學、哈佛大學、加州大學聖克魯斯分校組成的國際天文學家小組正式公布了55 Cancri e的發現，環繞着編号為55 Cancri A的恒星，公轉一周僅需18個小時。也就是說，在該行星上看到的太陽比地球上看到的大60倍，亮度大3600倍。行星表面溫度2700攝氏度，麻省理工的天文學家認為如此高的溫度不可能存在大氣結構，但也有一些科學家相信足夠強的引力能留住部分大氣。由于主恒星有着較高的亮度，所以能進行許多較為敏感的測量。通過該行星可以對行星形成、演化以及整個生命周期進行充分研究。
由55 Cancri A恒星構成的行星系統，第一顆行星于1997年由加州的一個研究小組發現，命名為55 Cancri b。在其後的五年内，該小組又發現了另外兩顆行星，也就是55 Cancri c和55 Cancri d，到了2004年，德州的研究小組發現了55 Cancri e，發現的一顆在2008年，也是該行星系統第五顆行星55 Cancri f。這五顆行星的發現過程都是基于多普勒技術，恒星由于附近行星的引力作用，會産生搖擺現象，進而通過測量星光波長的變化确定行星的參數。哈佛的天文學博士研究生Rebekah和加州聖克魯斯分校的系外天體專家Daniel，重新分析了2004年的數據，認為55 Cancri e的軌道周期要比原先認為的要小，之後麻省理工學院的Winn和史密森天體物理中心的Matt Holman天文學家申請動用MOST空間望遠鏡進行觀測，發現淩日現象發生周期隻有17小時41分，符合前者的分析，而恒星光線在每次淩日時隻變暗1/5000，這些數據還得出了結論：這顆行星的直徑大約在21萬公裡，比地球大60%左右。
2012年
2012年2月20日，天文學家發現一顆新的行星GJ 1214 b。這顆系外行星屬于超級地球，其大氣層可能含有充沛的水蒸氣或被厚厚的霧所籠罩。因此天文學家認為，那裡可能有不同的物質存在。美國天文學家用哈勃太空望遠鏡觀察了這顆類地行星，它距地球僅40光年，環繞着一顆昏暗的紅矮星運行。GJ 1214b的直徑約為地球的2.7倍，其質量是地球的7倍。該星球溫度很高，可能達到230攝氏度，因此那裡可能有不同的物質存在。這是第一顆發現擁有大氣層的超級地球，其他都是氣體巨星。另據估計，這顆行星75%的表面區域是被水蒸氣覆蓋的，所以待在上面極有可能感覺像在蒸桑拿。但這已是人類作出此類觀察後發現的溫度最低的行星。哈佛-史密松森天體物理中心的主要研究人員伯爾塔說：“GJ 1214b不同于我們已知的所有星球。”
2012年11月，天文學家四發現可能适宜生命居住星球的HD 40307 b，體積相當于地球的7倍。恒星HD 40307位于繪架座，距地球約42光年，有三顆行星環繞，但是通過高度靈敏的數據濾波方法計算，該恒星系統還存在另外三顆行星。最遠端的一顆行星處于“最佳位置”，與恒星的距離恰巧可使液态水存在。
2013年
2013年4月，美國國家航空航天局艾姆斯研究中心的威廉·博拉奇（William Borucki）領導的開普勒任務團隊，發現有5顆行星在一顆類似太陽的恒星開普勒62（Kepler-62）的宜居帶中運行，距離地球1200光年。這些新的超級地球的半徑分别是地球的1.3倍，1.4倍，1.6倍和1.9倍。這兩個超級地球的理論模型開普勒62e（Kepler-62 e）和開普勒62f（Kepler-62 f）都可能都有固體表面，或者由岩石或者由岩石與水冰共同組成。
2013年6月25日，歐洲南方天文台宣布發現了3顆超級地球繞着恒星Gliese 667 C運行，另外兩顆行星均不适宜已知生命，理論上Gliese 667 C c可能存在生命。Gliese 667三恒星系統位于天蠍座，離地球約22光年遠。紅矮星Gliese 667 C本身是這個三恒星系統最外圍的成員，而它又擁有三顆行星。Gliese 667 C c在恒星Gliese 667 C的适居帶中運行，與距恒星的距離使溫度恰好适合水以液态形式存在，而不是被恒星輻射剝離或永久地冰凍在冰中。
2014年
2014年5月，早前發現的開普勒10c（Kepler-10 c）被确定具有與海王星相當的質量（17個地球質量），根據半徑2.35R⊕計算的密度表明，它是當時已知最大的可能主要具由岩石構成的行星。開普勒10c遠高于“超級地球”一詞通常使用的10個地球質量上限。因此，有人提出了巨無霸地球（mega-Earth）一詞。然而，在2017年7月，對HARPS-N和HIRES數據進行的更仔細的分析表明，開普勒10c的質量比原先想象的要小得多，而是大約7.37（6.18至8.69）地球質量，平均密度為3.14 g/cm3。 更準确地确定的開普勒10c質量表明，岩石成分不占主導地位，該行星可能幾乎完全由揮發物組成，其中主要成分是水。
2015年
2015年1月6日，美國國家航空航天局宣布了開普勒太空望遠鏡發現的第1000顆系外行星。 發現新近确認的系外行星中的三個在其相關恒星的宜居區域内運行：其中兩個是開普勒-438b（Kepler-438 b）和開普勒-442b（Kepler-442 b）接近地球大小。 第三個是開普勒440b（Kepler-440 b），是超級地球。2015年7月23日，美國國家航空航天局宣布發現開普勒452b（Kepler 452 b），這顆行星直徑是地球的1.6倍，地球相似指數(ESI)為0.83 ，位于距離地球1400光年的天鵝座。這是截至2015年，發現的首個圍繞着與太陽同類型恒星旋轉且與地球大小相近的宜居行星，有可能擁有大氣層和流動水，被稱為”地球2.0“或“地球的表哥”。
2015年7月30日，《天文學與天體物理學》雜志發表一個六行星系統HD 219134的文章，其中三個超地球圍繞一顆明亮的矮星運行。 HD 219134是在仙後座種距離地球21光年的一顆恒星。 軌道最短的行星是HD 219134 b，但它不在其恒星的宜居區域。
2016年
2016年8月，天文學家宣布探測到比鄰星b（Proxima b），這是一顆地球大小的系外行星，位于離太陽最近的比鄰星（Proxima Centauri）的宜居帶中。不過比鄰星是一顆紅矮星，會不定期的産生強大的耀斑，強烈的紫外線輻射對發展生命非常不利。 比鄰星b是距離地球最近的系外行星，也是距離地球最近的超級地球。突破攝星（Breakthrough Starshot）項目正在研發的星際微型太陽帆船隊，準備經過數十年的旅行對比鄰星開展飛掠觀測。
2017年
2017年2月16日，一個國際天文學家團隊發現了60顆圍繞臨近太陽系的恒星系統運轉的新行星，其中包括一顆表面多為岩石的超級地球Gliese 411 b（Lalande 21185 b），Gliese 411是距離太陽僅8.31光年，是第四近的恒星系統。Gliese 411 b質量至少為地球的2.69倍，公轉周期12.946填，但是這顆行星太熱，生命無法在其表面生存。
2017年2月，天文學家在TRAPPIST-1周圍發現7顆類地行星，行星總數僅次于太陽和開普勒90（Kepler-90），是已知擁有最多類地行星的恒星系統，超過了太陽系的4顆。TRAPPIST-1是一顆表面溫度極低的超冷紅矮星，距離地球約39.13光年（12.0秒差距），天球上位于寶瓶座。TRAPPIST是智利拉西拉天文台的淩星行星及原行星小望遠鏡（TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope）項目。
2018年
K2項目是開普勒太空望遠鏡在2013年4個反應輪中的2個失靈後開展的第二階段任務。2018年2月，K2項目發現了超級地球K2-141b，這是一個超短周期行星（ultra-short period planet，USP），繞主恒星K2-141（EPIC 246393474）公轉周期僅為0.28天（6.72小時）。 2018年3月，K2項目還發現了另一個半徑為地球1.64倍的超級地球，K2-155d。 2018年6月，天文學家宣布發現波江座40b（40 Eridani b），距離太陽系僅16光年。2018年11月，研究人員發現距離地球6光年遠的一顆超級地球巴納德星b（Barnard b或GJ 699 b），圍繞巴納德星（是距離地球第二近的恒星）運行。巴納德星b被認為極度寒冷，溫度與木衛二相似，約為攝氏零下150度。
2019年
2019年7月，淩日系外行星巡天衛星（TESS，Transiting Exoplanet Survey Satellite）團隊宣布發現距離地球31光年超級地球GJ 357 d，其質量至少為地球的6.1倍，位于長蛇座。
太陽系内潛在的超級類地行星編輯 播報
太陽系沒有已知的超級地球，因為地球是太陽系中最大的類地行星。更大的行星，比如天王星，質量至少是地球的14倍，并且較厚的大氣層，沒有明确的岩石或液體表面。木星、土星、天王星、海王星被統稱為氣态巨行星，天王星、海王星又稱為冰巨星。 2016年1月，有人提出在太陽系中假設存在的第九行星（行星九，Planet X）可能是一個超級地球，以解釋6個外海王星天體的軌道行為，但據推測也有可能是冰天王星或海王星之類的冰巨星。 根據2019年的精确模型推測，其質量限制在5個地球質量之内，因此行星九很可能是超級地球。
