ＮＡＳＡ的“起源計劃”

●　孫文德

地球以外的世界是什么樣子?那里是否存在生命，甚至是有智慧的生命?這是從古代先哲到現(xiàn)代的科學家都孜孜探究的問題。在時光已經(jīng)跨入21世紀的今天，人類已經(jīng)不再滿足于僅僅停留在哲學的思考與鳳毛麟角的觀測上，人類已經(jīng)進入到了利用現(xiàn)代科學與技術手段尋找這些問題答案的技術時代。

美國航空航天局(NASA)的“起源計劃”就是一個探索人類起源，追尋從宇宙大爆炸到最初的星體和銀河系的形成，進而探索在銀河系內(nèi)是否存在其他適合人類居住的世界以及在其他星體上是否也存在著生命的宏偉計劃。

繼哈勃太空望遠鏡為我們拓展了認識宇宙的全新視野后，作為“起源計劃”重點設備的以第二代太空望遠鏡為主的多個觀測衛(wèi)星和探測器也正在加緊研制之中，這些觀測衛(wèi)星和探測器的出現(xiàn)將使宇宙探索計劃進入一個全新的時代。

經(jīng)過幾個世紀的努力，人類對宇宙的認識和理解在不斷地發(fā)展和進步。迄今為止，天文學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了50多顆圍繞恒星活動而質(zhì)量與木星相當?shù)奶祗w，其中距地球最近的只有105光年，它環(huán)繞波江座ε運行。而仙女座γ確實像行星系，有三個質(zhì)量從木星的一半到木星5倍左右的星體圍繞它運動，它們距離木星大約02～2個天文單位(1個天文單位是太陽與地球的平均距離，約等于15億千米)。

為了使人類進一步認識其他行星系，探索生命存在的跡象，NASA計劃在地面和外層空間之間設置多個望遠鏡。

由于受周圍行星的引力影響，恒星的位置會稍微有些不穩(wěn)定。為了觀察這種現(xiàn)象，NASA計劃在2006年發(fā)射“太空干涉儀使命(SIN)”衛(wèi)星。對一顆距離我們10光年遠的恒星而言，像地球一般大小的行星所引起的恒星位置的變化只有百萬分之一秒，這相當于從地球上看火星表面上的一輛自行車時的視角。進行這樣精密的測量需要同時使用兩個以上口徑為04米的小型望遠鏡。由于觀測的角度很小，所以每隔10米就要配置一個這樣的望遠鏡。SIN為尋找?guī)в械厍?倍～3倍大小的行星的行星系，需要觀察距太陽系比較近的數(shù)百顆恒星。SIN將成為美國第一個利用干涉技術的太空天文臺。

預計2008年末，NASA在發(fā)射SIN后將發(fā)射下一代太空望遠鏡(NGST)。這是繼哈勃太空望遠鏡之后的新一代太空望遠鏡，其反射鏡的直徑為8米，比哈勃的24米反射鏡更大，性能比哈勃的要強1000倍。人類希望通過它得到關于適合行星或生命形成的最初元素起源的關鍵性發(fā)現(xiàn)。NGST還將成為開發(fā)重量只有哈勃和地面望遠鏡的鏡片1／10的輕量化鏡片的先驅。

在SIN和NGST基礎上開發(fā)的干涉儀和輕量化鏡片技術，與預計在2011年左右發(fā)射的“地球型行星發(fā)現(xiàn)計劃(TPF)”衛(wèi)星相配合。TPF的目標是把地球型行星的光線從其母星的光線中分離出來，從而直接獲得行星的光線，并對其進行分析，找出能夠維持生命或顯示原始生命存在的大氣證據(jù)。

為了將母星的光線從行星的光線中分離出去，TPF使用了干涉技術。由于是在母星和行星的光線對照最顯著的紅外線區(qū)域進行觀測，所以TPF應該能夠發(fā)現(xiàn)行星。如果在該行星的大氣中存在二氧化碳、水蒸氣、臭氧等氣體，就能夠檢測出它們存在的特征。

如果有二氧化碳和水蒸氣，那么該行星就適宜哺育與地球同樣的生命，并存在溫暖潮濕的較厚的大氣層。另外，如果該行星上存在臭氧，那么這將成為行星上存在使大氣中含有大量氧氣的原始光合作用生物的最有力證據(jù)。因為在不存在生命的情況下，由于氧氣和臭氧會發(fā)生通常的化學反應，不久就會從行星的大氣中消失。在2016年左右，TPF將完成對距太陽系50光年以內(nèi)的200個左右的恒星系統(tǒng)是否具有可居住性的調(diào)查。TPF也可以提高分辨能力研究其他的天體，解析度比哈勃高出100倍。配合NGST的觀測，TPF甚至可以研究死亡恒星的“太陽風”是如何將構成生命基本物質(zhì)的重元素(如碳、氮等)送進星際空間的。其他天體，如類星體的核心，銀河系中心的黑洞等也都在TPF的研究范圍內(nèi)。

經(jīng)過生物學家的努力，人們對地球上生命組織的理解也在不斷地進步。時值探索具有可居住性的行星和生命本身的時期，會使這種理解得到進一步推進。根據(jù)生物學家的研究，地球上的生命是極其頑強的，即使在像海底的火山口，地下幾千米的沸水旁這樣非常惡劣的生態(tài)條件下，也有生物存在。

許多科學家相信，如果碳、氧、氮、硫、磷等元素與液體的水以及任意幾種能源(如太陽光和地熱)共同存在的話，無論何處都能形成生命。地球上的生命能夠追溯到約38億年前，也就是太陽系產(chǎn)生后僅過了8億年的時候。

天文學家知道，幾乎在太空的所有地方都存在水和生命的基本物質(zhì)、恒星的基本物質(zhì)和形成恒星的基盤以及彗星等。我們期待著通過TPF找到宇宙何處存在著生命，至少是原始的生命。

由于現(xiàn)在人們比以前更加認識到生命本身是很頑強的，所以在NASA的宇宙科學計劃中便出現(xiàn)了在太陽系內(nèi)尋找地外生命的新課題。幾乎在第一次發(fā)現(xiàn)太陽系外行星的同時，在距地球的最近處也得到了令人矚目的發(fā)現(xiàn)。

1996年，通過對在南極回收的隕石進行的研究，NASA的科學家們認為，在一塊編號為ALH84001的隕石中存在著來自火星的證據(jù)。另外，科學家們還認為在這塊隕石中含有微生物化石。

目前，研究者們對這塊隕石中是否真的含有微生物化石還存有疑問。在未來10年內(nèi)將進行多次火星探測器的著陸計劃，人們始終興奮地期待著在火星上或許會發(fā)現(xiàn)生命。1999年12月，“火星極地登陸者”號探測器在火星極地的冠狀地帶著陸。該探測器的任務是考察由二氧化碳和水生成的極冠表面的冰，并探明氣候變化的影響及調(diào)查水、二氧化碳和控制地理環(huán)境的季節(jié)周期的物理過程。但遺憾的是，這次計劃以失敗告終。

接下來的任務之一就是將于2002年1月22日在火星上著陸的“火星探測器2001”。該探測器裝備著用于地質(zhì)調(diào)查的“輔助旅居者”號探測車和照相機。它除了調(diào)查火星的土壤性質(zhì)外，還要進行一些諸如利用火星大氣的氣體來制作火箭燃料的實驗，以期探明人類在火星上生存的可能性。1997年7月在火星上成功登陸的“火星探路者”號也依靠“旅居者”號探測車進行了探查。當時的“旅居者”號探測車探查了著陸點附近的火星地形，分析了火星表面的礦物成分和元素組成，同時也考察了可能對登陸的宇航員帶來危險的放射性環(huán)境。

作為探測使命的下一步是正在計劃中的2003年和2005年任務。這些任務的重點是對火星表面進行研究，把火星土壤的樣品帶回地球，并對其進行化學和生物學的實驗分析。2003年和2005年的任務都是先將樣品運至圍繞火星運轉的軌道上，并在2005年帶回地球。為了不使可能存在生命的火星物質(zhì)污染地球環(huán)境，或者不使火星的樣品被地球環(huán)境所影響，還需要采取嚴格的對策。至少需要等到2010年左右才能將樣品帶到地球的實驗室里進行分析。

在火星上進行的這些無人操作的任務與人們長期夢寐以求的人類登陸火星的計劃相關聯(lián)，并且正在積極地推進著。目前人們正在積極地推進火星載人飛行計劃，但是在現(xiàn)階段還不能正式考慮。如果載人火星探測計劃能利用安全廉價的飛行技術的話，一定會受到很大的關注。無人駕駛的“木衛(wèi)二軌道探測器”和“旅居者”號探測車將在回答宇航員在何處著陸比較安全以及尋找地外生命跡象等關鍵的問題上，教會人類怎樣更好地發(fā)揮自身的技能。

科學家們認為，在太陽系中也許還存在另一個有生命存在的天體，它就是木衛(wèi)二。由20世紀70年代“旅行者”號探測器和最近由“伽利略”號探測器傳回的圖像顯示，木衛(wèi)二的表面被厚約10千米的冰層所覆蓋，在冰層下面好像存在有液體水的海洋。由“伽利略”號探測器所得的圖像表明，在曾經(jīng)流淌現(xiàn)在卻好像凍結了的河床中，凍結著像紐約曼哈頓島那樣大小的巨大冰河。

像太陽和月球會引起地球海洋的潮汐一樣，木星也會引起木衛(wèi)二的潮汐，所以現(xiàn)在在木衛(wèi)二上仍然有存在液體水的可能性。木衛(wèi)二漲潮時，有的地方浪高可達30米。如果經(jīng)常發(fā)生這種振幅達30米的漲潮和落潮，也許水是不會凍結的。從對“伽利略”號探測器所得數(shù)據(jù)的計算結果看，這個海洋中好像會有很多礦物質(zhì)。木衛(wèi)二也許具有構成水和生命的根本物質(zhì)和以潮汐摩擦形式存在的能源。

NASA正在研討探索木衛(wèi)二的計劃，預計在2003年發(fā)射“木衛(wèi)二軌道探測器”，它將圍繞木衛(wèi)二運動。其任務之一是測定表面的冰層的厚度，并進一步通過檢測穿過冰層而被反射的電波來測出其下面是否存在海洋。同時，其他儀器可以弄清木衛(wèi)二表面和內(nèi)部的詳細構造。這將成為向木衛(wèi)二發(fā)送探測器的先驅。其后，科學家計劃派遣一個探測器，它能融化木衛(wèi)二的冰層，潛入海底探查海底地形和尋找附近的火山口。

探索人類起源計劃包括從我們地球鄰近的火星和木衛(wèi)二到遠處有生存條件或有生命存在的近鄰的星體，或者尋找生命的基本物質(zhì)以及形成銀河系內(nèi)初期星體的物質(zhì)。TPF近期的火星探測計劃以及木衛(wèi)二的探測器等都不是我們最終的目標。與這些使命相同的其他使命都是為了發(fā)現(xiàn)生命的起源，這是驗證宇宙中是否還存在其他生命，以及人類深入了解自身在宇宙中所處位置的長期探求的一段不可或缺的歷程。正如英國詩人托馬斯·艾略特吟頌的那樣，人類對宇宙的探索是永遠不會止步不前的：

我們不會終止探索，

如果說我們的探索有終結，

那也將是新探索的起點，

它將既是潛意識的入口，

又是未知世界的出口，

恰如我們曾經(jīng)出發(fā)的地方。

王旭升圖