人類的最大問題：我從哪里來

1996年美國總統(tǒng)克林頓宣布NASA的科學家在編號ALH84001的火星隕石內找到生命的跡象，這個消息強烈震撼了科學家對地球以外生命起源的認知。外星生命的可能性并不是沒有，但對科學家而言，唯有證據(jù)才會令人信服。

ALH84001內發(fā)現(xiàn)的證據(jù)并不能必然推論火星上曾有過生命，但也引發(fā)科學家對生命的形式進行了熱烈的討論。除了看到真正的生命跡象，或者是生命的化石，還有哪些證據(jù)有很大的幾率伴隨著生命。ALH84001并未證明火星上有過生命，雖然卵圓形物體長得很像桿菌，但它的最大問題是體積太小，很難想象如何支持基本的生命活動。這也引發(fā)科學家在地球上找尋極小生命的熱潮。

也是受ALH84001發(fā)現(xiàn)的刺激，NASA開始對一些基本問題產(chǎn)生興趣，對于生命和整個宇宙的關系導引出幾個問題——

星系如何形成?恒星形成的主要關鍵?恒星何時才會形成行星系統(tǒng)?是否有類似地球的行星存在?地球上的生命如何開始?什么樣的生命形態(tài)是我們應該找尋的?

這些問題并不是第一次提出來的，但有可能是第一次能夠提出答案。NASA就是以上述問題為基礎。科學家先確定哪些與問題相關的知識是確定的，哪些知識仍待探究，然后思考手中有哪些方法可以解決問題，或者需要發(fā)明新的工具來提供解決之道。我們先看看對于有關起源的相關知識。

星系的形成

星系的形成和宇宙的起源有密切關系。

假如從星系為起點向上看，星系會集結成星系團，星系團可以集結成超級星系團，這種宇宙的結構是如何形成?宇宙內的物質是先形成星系大小的結構，然后在當中形成一顆顆恒星，還是物質先形成恒星，然后恒星再經(jīng)過之間的萬有引力吸引，集結成星系，這些都仍待研究。

天文學家在20世紀的后半期有許多重大的發(fā)現(xiàn)，除了各種不同波長的天文觀測開拓了我們的視野，也拓展了我們對宇宙的認知，我們已經(jīng)知道宇宙如何誕生，其各種過程是如何演變。但是仍有許多重要問題尚未解決，最重要的問題是，宇宙的第一個星系是如何形成的?

天文學家在某些時候很類似考古學家，天文學家經(jīng)常要對幾十億年前的宇宙進行考古，越大口徑的望遠鏡可以看到越遠的天體，也就可以看到遠古的宇宙。天文學家在這方面有很大的進展，根據(jù)哈勃太空望遠鏡長達十天的觀測，已經(jīng)獲得深空的宇宙影像，當中可以辨識出宇宙不同演化過程中的1500個星系。有些星系只有10億年的歲數(shù)，假如換算成人類的年紀，是在7歲左右。但是要尋找宇宙第一個形成的星系，就要觀測到宇宙只有幾億年時的狀況，也就是宇宙尚未“斷奶”的階段。

星系形成的問題和宇宙的起源有關。說到宇宙起源，就要提到大爆炸理論?，F(xiàn)在的天文學家相信宇宙的時間、空間是從一百多億年前的大爆炸所產(chǎn)生的；之后的數(shù)十萬年，整個宇宙因為溫度太高而無法形成任何物質，只有次原子物質和光子的混合體；次原子物質和光子不斷地相互碰撞，這時宇宙是一直處在膨脹的階段，宇宙的溫度也不斷地下降，最后次原子物質不再和光子碰撞；對光子而言，整個宇宙變得清澈透明，而次原子物質開始組合成氫原子和氦原子；由于光子不再和物質有碰撞的動作，光子也就隨著宇宙膨脹而溫度下降；直到現(xiàn)在，光子的溫度已經(jīng)降到2．73K，這也是NASA的宇宙背景探測船(COBE)所看到的2．73K宇宙背景輻射。

從COBE看到的宇宙背景輻射和理論的預測非常吻合，2．73K的背景輻射圖就像是物理教科書的插圖，這是理論學家的一大勝利。但COBE的結果也困擾了星系形成的理論。星系的形成是因為宇宙的某些區(qū)域質量分布不均，某些地方物質密度較高，該區(qū)域的萬有引力收縮，形成星系，但是COBE發(fā)現(xiàn)宇宙最開始的物質分布太均勻，讓人幾乎不敢相信。

如何從均勻物質分布的不均勻處形成第一個星系?形成星系后又是如何演化?星系又如何變成現(xiàn)今的模樣?這些謎題都是“起源”計劃的重要課題。NASA要在最近十年中發(fā)射太空紅外望遠鏡設備和下一代太空望遠鏡，用來探索早期的星系，希望找到解開宇宙起源的關鍵證據(jù)。

近年來，毫米波和次毫米波無線電望遠鏡陣列的快速進展，帶動恒星形成理論和觀測的重大突破。恒星形成的區(qū)域都會被云氣和塵埃包圍，原恒星發(fā)出的可見光無法穿透出來，阻礙天文學家的觀測，但無線電波是可以穿透云氣和塵埃，使得恒星形成的理論可以得以驗證?，F(xiàn)今質量近似太陽的恒星的形成理論趨近成熟，這類恒星形成的各個階段都有理論和觀測的證實。一般相信，當云氣中心開始形成，周圍同時也會形成扁平的盤狀云氣，稱之為吸積盤。氣體會先掉落到吸積盤，然后旋人中心，累積中心原恒星的質量，部分氣體則會從原恒星兩極的方向噴出，形成星際風，星際風可以將原恒星周圍剩下的云氣吹開，就像將恐龍蛋殼撥開，讓原恒星露出頭角。

不過對于大質量恒星和雙星的形成理論仍待加強。天文學家發(fā)現(xiàn)大部分的恒星都是屬于雙星系統(tǒng)。雙星系統(tǒng)是否會有行星系統(tǒng)，雙星的形成會如何影響行星的形成和發(fā)展，進而影響生命的起源，這些都是“起源”計劃的研究方向。

行星的形成

太陽屬于46億年前誕生的第二代恒星。大約是在銀河系一半歲數(shù)的時候，一團由星際氣體、塵埃和冰所形成的云氣經(jīng)過萬有引力塌縮，形成人類所處的太陽系。引發(fā)這次萬有引力塌縮的導火線很可能是周圍的超新星爆炸，爆炸產(chǎn)生的沖擊波擠壓周圍的云氣，導致云氣開始收縮。云氣并不是全都朝向中心塌縮，形成致密且會自行發(fā)光的恒星——太陽，有些物質會形成旋轉的盤狀分布，稱之為原行星盤，圍繞著太陽。原行星盤內的塵埃和冰碎片會開始結塊，當它們在盤面上旋轉的時候，會收集周遭的物質，壯大自己的聲勢，最后形成長數(shù)千米大小的微行星，其中的一些微行星就是現(xiàn)在太陽系九大行星的前身，其他的微行星則變成彗星或小行星。要形成這些行星、彗星或小行星，原行星盤是必備的。

除了原行星盤，天文學家甚至找到太陽系外的行星，尋找這些行星對天文學家來說可算是一項不可能的任務。通常行星所發(fā)的光是來自恒星的反射光，反射光的強度遠小于恒星的星光，因此要辨識出行星就好像在大白天的天空中尋找星星。天文學家已經(jīng)利用各種方法找到數(shù)十顆外太陽系行星，但行星形成的理論仍在努力探索的階段。行星形成的詳細過程仍待研究，在什么樣的條件下可以形成適合生命的行星。另外，恒星經(jīng)常是以雙星系統(tǒng)出現(xiàn)，雙星系統(tǒng)的行星又該如何產(chǎn)生?行星形成的理論，探測其他行星系統(tǒng)和在這些行星上找尋外星生命也都是“起源”計劃的目標。

生命的形成

假如外星生命也都是在行星上孕育，那么了解地球的生命起源應該是推測外星生命發(fā)生環(huán)境的首要課題，這包括研究地球的地質，進而了解最早生命是在何種環(huán)境下產(chǎn)生。從地球生命起源的了解，才能知道我們到底要在浩瀚的宇宙中找尋什么?到底哪種證據(jù)才能顯示外星生命的存在。

有了這些問題，接下來是該如何動手?！捌鹪础庇媱澇死矛F(xiàn)有的技術和儀器，并發(fā)展必要的技術和儀器來解決問題。

所謂萬丈高樓平地起，要想發(fā)展太空觀測，一切的研究都得在地球表面上開始，三項地面觀測的研究和努力可以提供未來“起源”計劃新技術的基石。三項地面觀測包括二微米全天巡天、凱克干涉儀和帕洛馬干涉儀測試。干涉法是以數(shù)個小望遠鏡組成一個等效的大望遠鏡。在地表或是太空中，受到環(huán)境的限制，單一超大望遠鏡很難完成，例如要在太空中建造360千米口徑的望遠鏡就非得用數(shù)個小望遠鏡組合而成。這些尖端技術都得先在地面上進行。

為什么要重視起源的問題?這對人類的生活有什么重要性?這種問題就像是詢問將要率領船隊出海尋找新大陸的哥倫布：為什么要尋找一個可能不存在的新大陸?新大陸對當時的歐洲有什么立即的好處?探索未知!人類就是靠探索未知才有現(xiàn)在的文明、現(xiàn)在的成就。從NAsA的“起源”計劃來看，其主要目標就是探索我們人類的文明是如何形成，我們人類是宇宙唯一的子民嗎?宇宙未來將是什么?人類的未來將是什么?相信“起源”計劃可以為我們的起源提供一些線索!