“另一個(gè)地球”改變了什么？

孫正凡

在前沿科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，科學(xué)研究和科學(xué)幻想之間的界限正在越來越模糊。也許再過幾代人，我們真的就會實(shí)現(xiàn)《星際迷航》那樣的劇情，我們的某一代子孫將成為宇宙人類。

2014年7月24日，美國航空航天局宣布“開普勒太空望遠(yuǎn)鏡”發(fā)現(xiàn)一顆距離地球1400光年的類地行星“開普勒452b”，它與地球的相似指數(shù)達(dá)到了0.98。1400光年對于當(dāng)前的航天技術(shù)來說是遙不可及的，那么為何人類仍花大價(jià)錢試圖去尋找這些只能看不能摸的目標(biāo)？

科學(xué)發(fā)現(xiàn)改變?nèi)^

開普勒太空望遠(yuǎn)鏡這個(gè)名字是紀(jì)念偉大的天文學(xué)家約翰內(nèi)斯·開普勒，他在17世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動三定律，從而證明并發(fā)展了哥白尼的“日心說”，確定了我們的地球僅僅是太陽系里的一顆普通的行星。幾十年后，牛頓以行星運(yùn)動三定律為基礎(chǔ)，提出了萬有引力定律，解釋決定宇宙運(yùn)行的基本規(guī)律。開普勒的影響不僅僅是在科學(xué)領(lǐng)域，也極大地改變了人類思考世界的方式。

在“日心說”被證明以前，在地心說系統(tǒng)里，人們一般認(rèn)為地球（以及人類）有極其特殊的地位，甚至認(rèn)為地球和日月五星就構(gòu)成了整個(gè)宇宙，至于恒星，那不過是包裹在“宇宙”外圍的一層球殼。這類想法后來被稱之為“單世界”理論。實(shí)際上這個(gè)想法又與自古以來人類信奉的宗教和神話觀念有關(guān)。在神話時(shí)代，這個(gè)世界是由神靈創(chuàng)造的（所以并不大），而且特意為人類而創(chuàng)造的?？梢哉f所有的古代宗教和神話，在解釋世界為何如此的回答中，都是以人類為中心，以大地為中心，不管多么厲害的神靈或妖魔鬼怪，都是圍繞著人類的生活為中心。當(dāng)然，這些時(shí)代的科學(xué)水平還很低下，不足以抵消這些神話，而神話本身也給人類提供了對“安全感”的需求。

科學(xué)革命時(shí)代以來，隨著知識的增長和積累，隨著人們逐漸掌握了關(guān)于世界運(yùn)行的科學(xué)規(guī)律，科學(xué)就像一支照亮黑暗的蠟燭，使人類逐漸擺脫了過去對神靈和魔鬼的恐懼，迷信退隱，理性顯現(xiàn)。哥白尼的“日心說”的提出，尤其是開普勒等天文學(xué)家的發(fā)展，使人們發(fā)現(xiàn)了地球在太陽系里的真實(shí)地位。17世紀(jì)已經(jīng)有哲學(xué)家提出，我們太陽系在這個(gè)世界并不是唯一的，每顆恒星都是一個(gè)類似太陽系的世界，這就是“多世界理論”。也就是說，早在人類有能力去尋找系外行星之前，早就孕育了不斷向外求索的動力。

1950年代開始的太空時(shí)代，帶來的不僅僅是科學(xué)技術(shù)的飛躍和全新的宇宙觀，也給美國帶來了巨大的社會和經(jīng)濟(jì)利益。美國通過阿波羅載人登月工程和太空探索的巨大成就，樹立了美國不可戰(zhàn)勝的科技強(qiáng)國形象，而且通過美國航空航天局與社會企業(yè)的協(xié)作，推動了一大批科技創(chuàng)新，并且獲得了豐厚的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。

從“我”出發(fā)，理解宇宙

迄今為止，地球仍然是我們所認(rèn)識到的唯一存在生命的星球，是我們在茫茫太空中生存繁衍的唯一基地。當(dāng)我們尋找宇宙中可能供生命存在的系外行星時(shí)，也是以人類自身生存為標(biāo)準(zhǔn)的。

包括開普勒太空望遠(yuǎn)鏡在內(nèi)，搜尋系外行星的探索中，最令人感興趣的還是處在“宜居帶”內(nèi)的類地行星。所謂宜居帶，就按照我們地球的樣板，離其所屬恒星不太近也不太遠(yuǎn)，溫度適中，允許液態(tài)水存在，從而適宜生命（與地球碳基生命類似）存在的區(qū)域。就太陽系來說，宜居帶的范圍基本上是從金星軌道到火星軌道。

當(dāng)然對于恒星也有要求，它應(yīng)該是一顆像我們太陽這樣單獨(dú)存在的恒星，質(zhì)量也應(yīng)該與太陽相差不太多。因?yàn)檫@樣的恒星演化時(shí)間足夠長（壽命以十億、百億年計(jì)），有足夠的時(shí)間允許行星形成，更能滿足生命從無到有，從簡單到復(fù)雜的演化過程。類地行星更不用說，海洋是生命的搖籃，陸地是生命壯大并得以自由發(fā)展的舞臺;具有類似特征的木衛(wèi)二、土衛(wèi)六也成為當(dāng)前航天探索的熱點(diǎn)對象。當(dāng)然也有科幻作家，包括像霍金等科學(xué)家設(shè)想在氣態(tài)行星中可能也存在某種形式的生命，但在沒有生物學(xué)證據(jù)之前，這些還只是幻想。

1980年，行星天文學(xué)家卡爾·薩根在參與“伽利略號”項(xiàng)目時(shí)，實(shí)施了一次“從外太空系統(tǒng)觀測地球”的實(shí)驗(yàn)?！百だ蕴枴笔乔巴拘堑奶綔y器，為了借助引力彈弓效應(yīng)加速，它會再次飛過地球。當(dāng)時(shí)它離地面只有約1000千米，薩根等天文學(xué)家發(fā)出指令，調(diào)用了“伽利略號”上的儀器瞄準(zhǔn)了地球。通過獲取的光譜等資料分析，他們能夠推斷出大氣、水、云、海洋、冰川，以及生命跡象。

當(dāng)然太陽系外行星的距離比這個(gè)只有區(qū)區(qū)1000千米的距離要遠(yuǎn)得多，以目前的觀測技術(shù)，還拿不到像“觀測地球”這樣詳細(xì)的資料。比如“開普勒太空望遠(yuǎn)鏡”觀測到的還只是行星經(jīng)過母星之前造成的光變，無法獲取行星光譜。下一代搜尋系外行星的望遠(yuǎn)鏡，如美國航空航天局和歐洲航天局分別計(jì)劃在2020年前后發(fā)射的“類地行星搜索者”和“達(dá)爾文探測器”，將能夠嘗試分析類地行星的大氣光譜，觀察是否存在氧氣、水汽等能夠支撐生命的物質(zhì)。也許發(fā)現(xiàn)“外星生命”的日子已經(jīng)不遠(yuǎn)了呢。

為萬世而未雨綢繆

“生于憂患，死于安樂”，憂患意識是人類從弱小到強(qiáng)大，文明得以壯大的關(guān)鍵因素。人類起源于200萬年之前的非洲草原，從采集、游牧進(jìn)入定居生活才不過1萬年時(shí)間。無論從史前時(shí)代與野獸搏斗，還是部落、國家之間的殘酷競爭，使人類天生富有憂患意識。但從另一方面來說，人類的文明史并不長，有詳細(xì)的歷史記錄的時(shí)間就更短了，也就是說，我們對于長時(shí)間的歷史演變是缺乏經(jīng)驗(yàn)的，在古人的想象中，也只有通曉天地造化的奇人才能夠“前知一千，后知五百”，我們既往的經(jīng)驗(yàn)都是基于幾十年，至多幾百上千年的歷史。天文、地理、生物等科學(xué)研究告訴我們，人類、地球和宇宙都存在特征尺度為幾十萬年到上億年的巨大變化。為了人類的集體福祉，必須有人提前考慮萬世之利。

19世紀(jì)以來，天文學(xué)家對小行星、彗星的研究更表明，地球所處的環(huán)境不是絕對安全的。6500萬年前統(tǒng)治地球的恐龍可能是由于一顆直徑10千米的小行星撞擊地球而絕滅，而這樣的小行星在地球軌道附近所在多有。

在遙遠(yuǎn)的未來，作為地球光和熱來源的太陽也會成為地球的威脅。近年來太陽物理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在數(shù)十億年間，太陽將變得比現(xiàn)在大10%，地球上的海洋將被炙熱的太陽蒸發(fā)干，生命無法生存。當(dāng)然我們利用某些手段推動地球向外遷移到新的“宜居帶”位置，但這只是暫緩之計(jì)（且不論其成功率如何），當(dāng)太陽最終死亡時(shí)，地球也仍將落入黑暗之中。

近年來哈勃太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在一些白矮星（這也是太陽的最終命運(yùn)）周圍發(fā)現(xiàn)了可能是類地行星的殘骸，這讓天文學(xué)家聯(lián)想到了我們地球的未來。從現(xiàn)在起大約55億年內(nèi)，太陽將在燒盡它核內(nèi)的氫燃料，開始燃燒外層的氫。在轉(zhuǎn)變成紅巨星的過程中，太陽內(nèi)核將收縮，外層迅速膨脹。60億年后，膨脹的紅巨星太陽體積將擴(kuò)大到現(xiàn)在的256倍，將吞噬地球軌道，把地球燒焦甚至使之灰飛煙滅。無論如何，地球生命（屆時(shí)如果還有的話）將難逃劫難。

不過這項(xiàng)研究帶來的好消息是，我們還有大約10億年時(shí)間來為地球這次最終的世界末日做準(zhǔn)備。拯救地球居民的一種方法是，離開地球前往其他恒星系。不過正如開普勒452b離我們足足有1400光年遠(yuǎn)，可以想見未來即使發(fā)現(xiàn)“宜居地球”，它的距離也是我們到達(dá)那里的巨大障礙，這就需要全新的航天科技才能帶我們到達(dá)那里。幸好這一點(diǎn)科學(xué)家們也已經(jīng)想到了。

2012年，美國航空航天局的科學(xué)家哈羅德·懷特宣布開始進(jìn)行“曲率驅(qū)動”超光速飛行的實(shí)驗(yàn)。曲率驅(qū)動這個(gè)詞由于經(jīng)典的科幻電影《星際迷航》而變得流行，但長期以來只是科學(xué)家提出的一種數(shù)學(xué)模型，難以找到實(shí)現(xiàn)它的方法。哈羅德·懷特的想法是，先利用一束強(qiáng)激光來觸發(fā)時(shí)空在微觀尺度上的扭曲，實(shí)現(xiàn)極微小的時(shí)空擾動，為進(jìn)一步的真正的“曲率驅(qū)動”實(shí)驗(yàn)鋪路，他們已經(jīng)在約翰遜空間飛行中心建立了一套被稱作“懷特-朱迪曲率場干涉儀”的裝置。這樣的設(shè)想如果最終可以獲得成功，那么未來的宇宙飛船理論上便可以實(shí)現(xiàn)在扭曲時(shí)空里以10倍光速飛行，而不會打破宇宙對“光速最大”極限的限制。

這些想法雖然看起來匪夷所思、遙不可及，但實(shí)際上，近幾百年來，科學(xué)技術(shù)正呈現(xiàn)跳躍式變化的特征，新的科學(xué)技術(shù)既是在既往的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)之上產(chǎn)生的，又有許多難以置信的突發(fā)性創(chuàng)新。這些創(chuàng)新往往是連最頂尖的科學(xué)家也難以事先預(yù)料的。美國航空航天局推出的關(guān)于曲率驅(qū)動的研究，無獨(dú)有偶，中國航天集團(tuán)的工程師們也找到了科幻小說《三體》的作者劉慈欣，討論未來可能的航天技術(shù)。在前沿科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，科學(xué)研究和科學(xué)幻想之間的界限正在越來越模糊。也許再過幾代人，我們真的就會實(shí)現(xiàn)《星際迷航》那樣的劇情，我們的某一代子孫將成為宇宙人類。