到太陽(yáng)系外尋找“第二地球”

本報(bào)駐美國(guó)特約記者 丁 雨 本報(bào)特約記者 王思潮 諸葛炎

藍(lán)色地球是宇宙中獨(dú)特的存在嗎？我們這些地球上的生命是孤獨(dú)的嗎？長(zhǎng)久以來(lái)，科學(xué)家們一直在努力尋找這些問(wèn)題的答案。隨著美國(guó)東部時(shí)間3月6日22時(shí)49分（北京時(shí)間3月7日11時(shí)49分），人類(lèi)第一臺(tái)專(zhuān)門(mén)用于尋找類(lèi)地行星的“開(kāi)普勒”空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空，在未來(lái)3年多的時(shí)間里，它能否找到地球的“兄弟姐妹”，將成為天文學(xué)界未來(lái)幾年中最大的懸念。

對(duì)太陽(yáng)系外行星進(jìn)行“普查”

要尋找外星生命，首先得找到適合生命存在的環(huán)境。科學(xué)家認(rèn)為，類(lèi)地行星最適合生命存在，有生命存在的行星要求很苛刻，為確保引力大小適度，它的質(zhì)量必須在地球的一半到兩倍之間；距離恒星也不能太遠(yuǎn)或太近，并保證表面上有液態(tài)水存在。而此前的天文觀(guān)測(cè)手段有限，觀(guān)察到的行星數(shù)量并不多。由于行星體積遠(yuǎn)小于恒星，本身不發(fā)光的特點(diǎn)又使它常被恒星的光芒所掩蓋，因此一直到上世紀(jì)90年代人類(lèi)才第一次確認(rèn)太陽(yáng)系以外的行星存在。截至2009年3月3日，已發(fā)現(xiàn)了342顆太陽(yáng)系外行星，不過(guò)其中絕大多數(shù)屬于類(lèi)木行星，即類(lèi)似木星那樣由氣體組成、體積比較大的行星，據(jù)信其中沒(méi)有一顆適于生命存在。

這次發(fā)射的“開(kāi)普勒”空間望遠(yuǎn)鏡更類(lèi)似于對(duì)太陽(yáng)系外行星進(jìn)行的一次“普查”，它將花費(fèi)3年半的時(shí)間調(diào)查超過(guò)10萬(wàn)顆恒星，從中尋找出類(lèi)地行星在宇宙中的稀少程度。“開(kāi)普勒”空間望遠(yuǎn)鏡是依靠行星“凌日”的現(xiàn)象來(lái)尋找類(lèi)地行星。行星圍繞恒星轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)阻擋一部分恒星的光，這就是行星“凌日”，觀(guān)察到這樣的現(xiàn)象就可確定這顆恒星周?chē)嬖谛行牵⒛芨鶕?jù)“凌日”的間隔和亮度等確定行星的軌道、溫度和大小。這就像人們看到遠(yuǎn)處有一輛亮著車(chē)燈的汽車(chē)，當(dāng)一只小蟲(chóng)從車(chē)前經(jīng)過(guò)時(shí)，可通過(guò)光線(xiàn)變化推斷蟲(chóng)子的大小。

“開(kāi)普勒”望遠(yuǎn)鏡：簡(jiǎn)單而特殊

“開(kāi)普勒”望遠(yuǎn)鏡呈圓筒狀，運(yùn)行在與地球相同、與地球同速繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道上，以避開(kāi)太陽(yáng)的遮擋。它上面的科學(xué)儀器只有1臺(tái)，就是迄今世界最大、靈敏度極高的光度計(jì)，可以探測(cè)目標(biāo)星球所發(fā)射出來(lái)的光子數(shù)量的細(xì)微變化。如果把“開(kāi)普勒”的鏡頭對(duì)準(zhǔn)地球上的某一小鎮(zhèn)，光度計(jì)可以偵測(cè)到一個(gè)開(kāi)著電筒走過(guò)的人。光度計(jì)的主反射鏡核心是一個(gè)直徑0.95米的施密特望遠(yuǎn)鏡。在透鏡背后，有一排42塊CCD組成的接收器，這相當(dāng)于1臺(tái)9500萬(wàn)像素的數(shù)碼相機(jī)。它的靈敏度是如此之高，以至于在太空中可以發(fā)現(xiàn)地球上晚間一盞普通燈被關(guān)閉的光線(xiàn)變化。據(jù)介紹，“開(kāi)普勒”能探測(cè)到小至0.002%的微弱亮度變化，相當(dāng)于“一只跳蚤跳過(guò)車(chē)前燈”。

“開(kāi)普勒”望遠(yuǎn)鏡將目標(biāo)鎖定在銀河系天鵝星座與天琴星座之間的一小塊天區(qū)，每半個(gè)小時(shí)檢測(cè)一次距離在586.8光年到2999.2光年之間的10萬(wàn)多顆恒星的亮度變化。這里是銀河系類(lèi)似太陽(yáng)的恒星最密集的區(qū)域之一，同時(shí)也不會(huì)受到太陽(yáng)光線(xiàn)的干擾。行星“凌日”現(xiàn)象通常只連續(xù)幾小時(shí)至十幾小時(shí)，所以必須頻繁測(cè)量恒星的亮度，并把測(cè)量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)?！伴_(kāi)普勒”觀(guān)測(cè)的數(shù)據(jù)將以連續(xù)的方式不間斷地存儲(chǔ)下來(lái)，每月向地球傳回1次。這些數(shù)據(jù)被傳送到科羅拉多大學(xué)巨石城分校大氣與太空物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室再把這些數(shù)據(jù)傳送到美國(guó)巴爾的摩的太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)院。最后由美國(guó)航空航天局的阿姆斯研究中心進(jìn)行數(shù)據(jù)的科學(xué)分析。

無(wú)論結(jié)果如何意義都重大

天文學(xué)家一致認(rèn)為，無(wú)論“開(kāi)普勒”找到的類(lèi)地行星數(shù)量如何，這一項(xiàng)目均具有重要意義。它的發(fā)現(xiàn)結(jié)果將可決定未來(lái)太空探險(xiǎn)任務(wù)的方向，究竟該不該花費(fèi)力氣尋找外星生物。

如果發(fā)現(xiàn)較多類(lèi)地行星，則意味著生命在銀河系內(nèi)可能很普遍，并為未來(lái)的任務(wù)指明道路，類(lèi)地行星是否存在其他和生命有關(guān)的證據(jù)將成為未來(lái)研究的重點(diǎn)。科研人員可利用今后研制的空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)一步詳細(xì)觀(guān)測(cè)，如果接下來(lái)發(fā)現(xiàn)這些行星上存在水或氧氣的化學(xué)特征，意味著可能有生命存在。美歐將分別實(shí)施“類(lèi)地行星發(fā)現(xiàn)者”和“達(dá)爾文”計(jì)劃，它們將在2020年前發(fā)射用于觀(guān)測(cè)位于恒星宜居帶中的行星，主要目標(biāo)是觀(guān)測(cè)那些穿過(guò)行星大氣的光線(xiàn)的光譜，以此來(lái)尋找和生命有關(guān)的氧和其他化學(xué)成分的信號(hào)。

不過(guò)，如果“開(kāi)普勒”最終發(fā)現(xiàn)類(lèi)地行星極少或沒(méi)有，那也是一項(xiàng)意義深遠(yuǎn)的發(fā)現(xiàn)，這說(shuō)明地球可能是宇宙中的一個(gè)特例，人類(lèi)可能是宇宙中唯一智慧生命，這也將意味著不可能有什么“星球大戰(zhàn)”。而人類(lèi)要探測(cè)更遙遠(yuǎn)的類(lèi)地行星，在技術(shù)上存在很大的障礙，而且也需要花很長(zhǎng)的時(shí)間?！?/p>