那會(huì)是另一個(gè)“地球”嗎？

張唯誠(chéng)

葛利斯581(GIi ese581)是一顆紅矮星，位于天秤座，距地球約20.5光年，質(zhì)量?jī)H為太陽的三分之一，釋放的光也比太陽弱得多。近幾年來，這顆昏暗的恒星受到天文學(xué)家們的高度關(guān)注，因?yàn)槿藗冊(cè)谒闹車群蟀l(fā)現(xiàn)了好幾顆行星。今年4月21日，瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的邁克·馬約爾等人宣布說，他們?cè)诟鹄?81周圍又發(fā)現(xiàn)了一顆新的行星——葛利斯581e，它的質(zhì)量?jī)H為地球質(zhì)量的1.9倍，是目前為止天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的與地球大小最近似的一顆系外行星。更令人振奮的是，他們還宣布說，2007年發(fā)現(xiàn)的行星葛利斯581d是一顆處于“可居住帶”內(nèi)的行星。

宇宙也有“宜居”處

如果地球上的某個(gè)地方氣候宜人，山清水秀，那會(huì)是一個(gè)人類的宜居之地。宇宙中也有這樣“適宜居住”的地方。在那里，行星表面的溫度既不太高，也不太低，所以水可以呈現(xiàn)液態(tài)，不會(huì)蒸發(fā)殆盡，也不會(huì)始終凝固不化。

以前的探測(cè)結(jié)果是，葛利斯581d的公轉(zhuǎn)周期為83天，由于距它的恒星太遠(yuǎn)，被認(rèn)為其表面難以形成液體水，但新發(fā)現(xiàn)修正了這個(gè)數(shù)據(jù)，顯示其公轉(zhuǎn)周期為66.8天，這表明它的距離實(shí)際上離恒星要近一些，大約為地球和太陽距離的四分之一。在這個(gè)距離上，葛利斯581能夠給它的行星更多的熱量，從而使葛利斯581d上有可能形成液態(tài)水。

科學(xué)家們對(duì)這次新發(fā)現(xiàn)高度重視，因?yàn)槠駷橹梗藗冸m然在太陽系外發(fā)現(xiàn)了大約350顆系外行星，但絕大多數(shù)都是體積巨大、軌道怪異的巨行星，其中的所謂“類地行星”也是要么寒無比，要么炎熱異常，要指望在這樣的星球上發(fā)現(xiàn)生命是難以想象的。馬約爾等人的發(fā)現(xiàn)是人類尋找系外行星的重要一步，表明“適宜居住”的系外行星能夠在宇宙中自然形成并且可能數(shù)量可觀，因此，尋找這樣的“類地行星”并非是遙不可及的事情了。

葛利斯581e的公轉(zhuǎn)周期只有3天多一點(diǎn)，離它的恒星太近，所以表面的溫度很高，不可能存在生命。它的非凡意義在于它的質(zhì)量非常接近于地球，這說明人類發(fā)現(xiàn)類似地球大小的系外行星的技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。就在不久以前，人們發(fā)現(xiàn)的系外行星，其質(zhì)量多比葛利斯581e大得多，例如葛利斯581b的質(zhì)量是地球的16倍，葛利斯581c的質(zhì)量是地球的5倍。2008年6月，瑞士日內(nèi)瓦天文臺(tái)的科學(xué)家宣布他們發(fā)現(xiàn)了5顆系外行星，其中3顆的質(zhì)量分別是地球的4.2倍、6.9倍和9.4倍。天文學(xué)家們把遠(yuǎn)大于地球但小于地球10倍質(zhì)量的巖石行星稱為“超地球行星”。人類目前正處在發(fā)現(xiàn)“超地球行星”的階段，在這一階段上，發(fā)現(xiàn)像木星這樣的大行星已經(jīng)不在話下，但離發(fā)現(xiàn)地球大小的行星還有些距離。

葛利斯581e質(zhì)量不到地球兩倍，它的發(fā)現(xiàn)是天文探測(cè)技術(shù)精度大幅度提高的結(jié)果，而由于“科羅”和“開普勒”空間望遠(yuǎn)鏡的升空，人們已經(jīng)可以用更先進(jìn)的“凌星”法尋找系外行星了，所以現(xiàn)在看來，找到接近地球大小的系外行星就更加可以期待了。

尋找“類地行星”

加利福尼亞大學(xué)的杰夫·馬爾西是尋找系外行星的“高手”，他深知尋找系外行星的艱難，特別是質(zhì)量與地球相差不大的小型“類地行星”。20多年前，這位天文學(xué)家用了8年時(shí)間搜索星空，他希望通過觀測(cè)恒星的“搖擺”尋找到一顆系外行星。由于行星不發(fā)光，又處在恒星光芒的掩映之中，所以用當(dāng)時(shí)的望遠(yuǎn)鏡無法從地球上直接看到系外行星，天文學(xué)家們只能通過間接的方法尋找它們。他們觀測(cè)恒星的運(yùn)動(dòng)，假若一顆恒星出現(xiàn)一種周而復(fù)始的“搖擺”，那么這顆恒星的周圍就有可能存在著行星，因?yàn)椤皳u擺”很可能是由行星的引力造成的。1995年，馬爾西和保羅·巴特勒找到了兩顆系外行星，分別是大熊座47b和室女座70b，但他們并不是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)系外行星的人，就在他們發(fā)現(xiàn)了這兩顆系外行星的前兩個(gè)星期，瑞士日內(nèi)瓦天文臺(tái)的兩位天文學(xué)家邁克·馬約爾和戴迪爾·奎洛茲在飛馬座51周圍發(fā)現(xiàn)了飛馬座51b，它是人類發(fā)現(xiàn)的第一顆系外行星。

系外行星相距我們十分遙遠(yuǎn)，又處在恒星的光芒之下，所以發(fā)現(xiàn)它們實(shí)屬不易。天文學(xué)家們打比方說，發(fā)現(xiàn)系外行星就好比在幾千米開外去尋找一只在探照燈邊飛翔的螢火蟲一樣，其難度是可想而知的。好在近幾年來，新技術(shù)層出不窮。2005年8月，天文學(xué)家通過“引力微透鏡”技術(shù)發(fā)現(xiàn)了一顆質(zhì)量為地球5.5倍的系外行星，它也是當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的最小的系外“類地行星”。這顆星的“太陽”也是一顆紅矮星。由于這顆紅矮星非常暗淡，導(dǎo)致其行星表面溫度可能低至零下220攝氏度，所以存在生命的可能性幾乎沒有。

“引力微透鏡”是一種尋找系外行星的新方法，適用于尋找較小的行星，其原理是根據(jù)天體引力使光線彎曲而形成的所謂“引力透鏡”的放大效應(yīng)來發(fā)現(xiàn)系外行星。2008年6月2日，科學(xué)家用“引力微透鏡”方法又發(fā)現(xiàn)了一顆質(zhì)量為地球3.3倍的系外行星。這是科學(xué)家運(yùn)用這種技術(shù)發(fā)現(xiàn)的第七顆系外行星。

2009年2月，歐洲空間局宣布說，“科羅”衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)了一顆直徑小于兩倍地球的系外行星，他們將這顆星命名為COROT－Exo－7b，這是人們采用“凌星”法發(fā)現(xiàn)的最接近于地球大小的系外行星，“凌星”法的工作原理是捕捉行星經(jīng)過恒星表面時(shí)恒星光度的微弱變化?？茖W(xué)家們推測(cè)，COROT－Exo－7b有可能擁有類似地球的巖石結(jié)構(gòu)，表面非常熱，雖然不會(huì)有生命，但在物質(zhì)結(jié)構(gòu)上很像地球，是一顆類似地球大小的“類地行星”，這表明，宇宙中類似地球大小的巖石行星是存在的，而且已經(jīng)能夠?yàn)槲覀兯业搅恕?/p>

是奇跡還是常態(tài)

實(shí)際上，迄今發(fā)現(xiàn)的所謂“類地行星”都并不是嚴(yán)格地類同于地球，盡管它們中的一些可以勉強(qiáng)被稱為“類似地球大小的巖石行星”，但其上的環(huán)境不是太冷就是太熱，即便是葛利斯581d這顆被認(rèn)為可能存在液態(tài)水的行星也并不是那樣“適于居住”。它的質(zhì)量是地球質(zhì)量的7倍，這樣大的質(zhì)量很難形成類似地球這樣的巖石表面，當(dāng)然，它也不可能是像木星那樣的氣態(tài)巨行星，因?yàn)橐纬蛇@種行星，它的質(zhì)量又太小了，所以科學(xué)家們推測(cè)，葛利斯581d很可能類似于天王星或海王星，它的表面覆蓋著冰冷的海洋、氨和甲烷。

盡管由于技術(shù)的進(jìn)步，今天我們已經(jīng)能夠越來越頻繁地發(fā)現(xiàn)“類地行星”了，但老實(shí)說，要真正找到一顆完全意義上的“類似地球”的行星恐怕還是非常困難的。許多科學(xué)家充分意識(shí)到了這一點(diǎn)，他們堅(jiān)持認(rèn)為，我們的地球即使在宇宙中不是唯一，也堪稱奇跡。這是因?yàn)椋谟钪嬷幸纬梢粋€(gè)“地球”，必須在包

括溫度、質(zhì)量、距離、軌道類型、物質(zhì)組成等所有方面都處在“恰到好處”的狀態(tài)上，稍有差錯(cuò)便難以形成真正的“地球”。而且，上述所有這些“恰到好處”的因素都必須在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里保持不變，只有這樣，生命才能得到充足的時(shí)間從低級(jí)向高級(jí)進(jìn)化和發(fā)展。至于智慧生命的產(chǎn)生，那當(dāng)然就更堪稱奇跡中的奇跡了。

想想這些“恰到好處”的因素都是在偶然中無一例外地湊在一起的，哪怕有一個(gè)因素出了問題，地球就會(huì)遭到類似生物大滅絕這樣的滅頂之災(zāi)，我們便可以知道，要在茫茫宇宙中找到另一個(gè)“地球”是多么困難了，從這個(gè)意義上說，我們的地球真可謂集宇宙之萬千恩寵于一身，是大自然真正的幸運(yùn)兒。

不過宇宙中畢竟產(chǎn)生了一個(gè)地球，既然產(chǎn)生一個(gè)地球，那么第二個(gè)、第三個(gè)乃至于第無數(shù)個(gè)難道就不能產(chǎn)生嗎?持有這種觀點(diǎn)的人認(rèn)為，宇宙既然如此遼闊，我們就不能認(rèn)為在茫茫宇宙中的另一些地方?jīng)]有形成其他“地球”的“恰到好處”的環(huán)境。從理論上說，這也是沒有錯(cuò)的。

目前，不少科學(xué)家似乎有了一個(gè)共識(shí)，那就是，宇宙中的低級(jí)生命也許是常見的，但智慧生命恐怕極為稀少，因?yàn)榈图?jí)的生命，如微生物等能在嚴(yán)酷的環(huán)境中生存，但高級(jí)生命，尤其是智慧生命則需要極舒適的環(huán)境和長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)化，能在環(huán)境的舒適性和穩(wěn)定性上滿足高級(jí)生命存在的星球恐怕不會(huì)太多。

“達(dá)爾文”計(jì)劃

盡管今天的望遠(yuǎn)鏡已能直接拍攝到了系外行星圍繞它們的恒星運(yùn)行的圖景，但那些行星還是很大，比木星大得多，而且離它們的“太陽”很遠(yuǎn)，最近的為24個(gè)天文單位，晟遠(yuǎn)的為119個(gè)天文單位，而要用望遠(yuǎn)鏡直接為一顆和地球一般大小，且距中心恒星的距離又與地球相近的“類地行星”成像，則要求望遠(yuǎn)鏡在同等條件下能看到比現(xiàn)在成像的行星小3000倍的物體，而且不會(huì)因恒星光線的掩蓋而看不到它們，要做到這一點(diǎn)，即使動(dòng)用目前世界第一巨鏡——坐落于西班牙加那利群島上的10.4米口徑的大型望遠(yuǎn)鏡也望塵莫及。

不過，下一代巨鏡會(huì)做得更好。今天，許多計(jì)劃已經(jīng)在科學(xué)家們的頭腦中形成，有些正在實(shí)施和即將實(shí)施?！邦惖匦行撬褜ふ摺笔敲绹?guó)宇航局計(jì)劃于2014年發(fā)射的尋找“類地行星”的探測(cè)器，它由兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡組成，其分辨率是哈勃望遠(yuǎn)鏡的100倍，可在紅外和可見光波段上搜索“類地行星”，并具備觀測(cè)行星大氣的能力。然而由于資金的原因，這個(gè)計(jì)劃被擱置了下來，與之關(guān)系密切的“SIM行星搜尋”項(xiàng)目也被同時(shí)推遲。但歐洲空間局的“達(dá)爾文”計(jì)劃則預(yù)計(jì)于2015年實(shí)施，美國(guó)宇航局很有可能與歐洲聯(lián)手推行“達(dá)爾文”計(jì)劃?！斑_(dá)爾文”包括4－5艘探測(cè)器，其中3－4艘探測(cè)器上裝有口徑3－4米的太空望遠(yuǎn)鏡，它們組合起來等同于一架巨型望遠(yuǎn)鏡?？茖W(xué)家預(yù)計(jì)，“達(dá)爾文”不僅能發(fā)現(xiàn)地球一般大小的行星，而且還能對(duì)它們直接成像，并分析它們的大氣中是否包含支持生命存在的化合物，包括水、甲烷和氧氣等。

葛利斯581離地球并不遠(yuǎn)，距地球只有20.5光年，但它還不是離我們最近的恒星。離我們最近的恒星是半人馬座阿爾發(fā)星，距我們只有4.37光年，在宇宙中，這個(gè)距離堪稱“近若比鄰”，但這個(gè)距離卻是地球和太陽距離的27.6萬倍。假若以現(xiàn)在的技術(shù)，讓一艘航天器前往半人馬座阿爾發(fā)星，它要在路途上航行十幾萬年。

由此看來，人類花巨資去探測(cè)那些動(dòng)輒幾十光年開外的星球?qū)嵲诓⒉皇菫榱说侥抢锶?，至少這種事在相當(dāng)長(zhǎng)的歷史階段里根本做不到。自哥白尼將地球的宇宙中心地位否定之后，人類一直在思考地球、生命和宇宙之間的關(guān)系。我們是唯一的智慧生命嗎?地球是獨(dú)一無二的嗎?我們?cè)谟钪嬷芯烤故且环N怎樣的存在呢?人類渴望獲得答案，于是謀求對(duì)宇宙擁有更多的認(rèn)識(shí)。認(rèn)識(shí)宇宙就是認(rèn)識(shí)我們自己，認(rèn)識(shí)系外行星更有助于認(rèn)識(shí)我們自己的星球。是人類的求知欲和追求真理的本能引領(lǐng)我們不停探索，永不言棄。

責(zé)任編輯龐云