發(fā)現(xiàn)“另一個(gè)地球”

余風(fēng)

北京時(shí)間2015年7月23日晚，美國國家航空航天局（NASA）發(fā)布消息稱，天文學(xué)家通過開普勒望遠(yuǎn)鏡，發(fā)現(xiàn)了一顆與地球相似度高達(dá)98%的類地行星開普勒-452b，這一發(fā)現(xiàn)，是“人類尋找另一個(gè)地球的道路上里程碑式的發(fā)現(xiàn)”。

隨后，這顆名為開普勒-452b的行星迅速紅遍全球并持續(xù)引發(fā)熱議——“發(fā)現(xiàn)地球2 . 0”“地球脫‘單’了”“移民開普勒-452b”……一時(shí)之間，整個(gè)“地球村”的人似乎都沉浸在找到“同類”的興奮中。

人類對(duì)太空的向往，幾乎是一種亙古的情懷——在中國的上古神話中，嫦娥就因?yàn)榉昧瞬凰乐幎w到遙遠(yuǎn)的廣寒宮，成為了月中仙子。

然而，此后瓊樓玉宇，高處不勝寒，不老的美麗帶給她的，是永恒的孤獨(dú)。

與嫦娥一樣，當(dāng)人類將科技的觸角延伸到宇宙時(shí)，當(dāng)我們環(huán)顧茫茫太空卻找不到同伴時(shí)，那種仿佛與生俱來的孤獨(dú)讓我們難以承受。正因?yàn)檫@樣，我們才會(huì)對(duì)開普勒-452b燃起如此高昂的熱情。

那么，開普勒-452b到底是顆什么樣的星球？為什么NASA稱它是一個(gè)“里程碑式的發(fā)現(xiàn)”？

對(duì)于這顆新發(fā)現(xiàn)的行星，NASA開普勒計(jì)劃負(fù)責(zé)人喬恩·詹金斯是這樣描述的：“我們可以把開普勒-452b看作地球的‘大表哥’，去理解和思考地球的演變環(huán)境。”

和地球相比，這個(gè)“大表哥”是個(gè)不折不扣的“老胖子”——它的直徑是地球的1.6倍，年齡已經(jīng)有60億歲了，比地球老14億歲。

這個(gè)“大表哥”居住在天鵝座，距離地球1400光年，也就是說，即使是光，都要走1400年才能到達(dá)這顆新發(fā)現(xiàn)的行星。

1400光年到底有多遠(yuǎn)呢？打個(gè)形象的比方，我們現(xiàn)在觀測到的開普勒-452b的信號(hào)，相當(dāng)于唐代建朝之初發(fā)射出的一束光，現(xiàn)在才剛剛抵達(dá)地球。

如果我們乘坐目前速度最快的“新視野號(hào)”探測器，以5.9萬公里/小時(shí)的速度飛行，也要花2709萬年才能抵達(dá)開普勒-452b——而人類在地球上的全部歷史也不過短短數(shù)百萬年。

那么，光年之遠(yuǎn)，人類是怎樣探測出開普勒-452b這個(gè)“大表哥”的身材和年齡的呢？

目前，科學(xué)家們?cè)谔綔y系外行星時(shí)，主要采用凌星法。其探測原理是，當(dāng)系外行星從我們的探測器前方經(jīng)過時(shí)，由于行星會(huì)遮擋住部分恒星發(fā)出的光，這將造成恒星的亮度發(fā)生輕微減弱，因此，通過對(duì)這種輕微光變的探測，便可推知系外行星的存在。但凌星法也有一個(gè)缺陷：它只能測定系外行星的直徑大小，而無法判定其質(zhì)量。

在開普勒-452b的發(fā)現(xiàn)之旅上，還有一個(gè)“功臣”不應(yīng)被遺忘——那就是開普勒太空望遠(yuǎn)鏡。

開普勒太空望遠(yuǎn)鏡是世界上第一個(gè)探測系外行星的航天器，由NASA下屬的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室研制，它攜帶的最主要的科學(xué)儀器是光度計(jì)，并配備了一個(gè)直徑95厘米的透鏡。

自2009年3月7日發(fā)射升空后，開普勒望遠(yuǎn)鏡對(duì)天鵝座和天琴座中約10萬個(gè)恒星系統(tǒng)開展了觀測，目的是搜尋太陽系外的行星，特別是搜尋與地球相似、由巖石構(gòu)成、位于恒星宜居帶上的行星，以研究銀河系內(nèi)行星系統(tǒng)的多樣性。

所謂的宜居帶，是指一顆恒星周圍一定距離的范圍。在這一范圍內(nèi)，水能以液態(tài)形式存在。由于液態(tài)水被科學(xué)家們認(rèn)為是生命生存所不可缺少的元素，因此，一顆行星如果恰好落在這一范圍內(nèi)，那么它通常就被認(rèn)為可能是宜居的。

實(shí)際上，在系外行星的探測之旅上，開普勒-452b既不是開普勒太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的“首顆適合居住的類地行星”，也不是唯一一顆宜居行星，更不是最像地球的宜居行星。

早在2011年的12月，開普勒望遠(yuǎn)鏡就發(fā)現(xiàn)了“首顆適宜人類居住的類地行星”——開普勒-22b。此后，僅開普勒望遠(yuǎn)鏡確認(rèn)發(fā)現(xiàn)的太陽系外行星就有1030顆，候選行星則多達(dá)4696顆，其中，有12顆行星位于宜居帶且大小與地球類似，直徑介于地球直徑的1～2倍之間。

你可能會(huì)驚訝于地球的“兄弟”居然有12個(gè)之多，但科學(xué)家會(huì)告訴你——錯(cuò)了，宇宙中類似地球的宜居行星，可遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這12顆。

NASA負(fù)責(zé)開普勒望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目的任務(wù)科學(xué)家、天體物理學(xué)家巴塔利亞介紹說：“對(duì)類地行星的估計(jì)結(jié)果表明，15%～25%的恒星擁有潛在的、處在宜居帶的行星。這一估計(jì)結(jié)果，主要基于對(duì)圍繞溫度較低的恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的行星所做出的發(fā)現(xiàn)。這些新發(fā)現(xiàn)顯示，類太陽恒星的統(tǒng)計(jì)數(shù)字大致與紅矮星估計(jì)數(shù)字一致。紅矮星、橙矮星和黃矮星占銀河系恒星的90%左右。按保守估計(jì)，這些恒星中的15%擁有一顆處在宜居帶、大小是地球1至1.6倍的行星，那么用宇宙中的星系總數(shù)1000億乘90%、再乘15%，也就是有140億顆潛在的宜居行星。”

而與地球類似的行星，必須是圍繞像太陽這樣的黃矮星運(yùn)行的，這樣，才能保證其星球環(huán)境適宜人類居住。那么，這個(gè)數(shù)量又是多少呢？以太陽系周邊33光年范圍內(nèi)的各類恒星構(gòu)成為例：太陽系周邊總共有357顆恒星，其中248顆是紅矮星，44顆是橙矮星，20顆是黃矮星。這意味著，在上述的140億顆行星中，大約有10億顆行星圍繞類似太陽的黃矮星運(yùn)轉(zhuǎn)。

也就是說，在宇宙中，可能有10億個(gè)和地球大小相近、處在宜居帶、表面可能存在液態(tài)水、圍繞散發(fā)金色光芒的恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的行星“兄弟”。

在這龐大的“兄弟”群中，開普勒-452b并非長得最像地球的一個(gè)。比如，2014年3月發(fā)現(xiàn)的開普勒-186f，其半徑只有地球的1.1倍，同樣也處于宜居帶內(nèi)，比開普勒-452b更接近地球的大小，只是其所環(huán)繞的恒星，沒有太陽大，且光芒黯淡。

因此，我們不能說開普勒-452b與地球最為相似，它的特殊之處在于——開普勒-452b及其母星開普勒-452，是迄今發(fā)現(xiàn)的與地球和太陽最相近的“行星與恒星組合”，我們姑且可以將它形象地稱為“太陽系2.0”系統(tǒng)。

這個(gè)“太陽系2.0”系統(tǒng)，由恒星開普勒-452和行星開普勒-452b組成，剛好處于宜居帶中，表面溫度允許液態(tài)水存在。

在星際距離上，開普勒-452b與其母星開普勒-452的距離是1.57億公里，和地球與太陽的距離類似；開普勒-452b圍繞母星開普勒-452運(yùn)行的公轉(zhuǎn)周期為385天，接近地球的公轉(zhuǎn)周期——這意味著，如果人類未來真的能移民開普勒-452b，那么，這顆星球上一年的時(shí)間也是300多天，我們將比較容易適應(yīng)這種時(shí)間的輪替。

此外，新發(fā)現(xiàn)的開普勒-452及開普勒-452b系統(tǒng)的年齡約為60億歲，與太陽系的年齡極為相似。

通常而言，太陽以及與太陽質(zhì)量相當(dāng)?shù)暮阈?，一生中大致要?jīng)歷原恒星-主序星-紅巨星-白矮星-黑矮星等階段。以太陽為例，經(jīng)過近46億年的“成長”，它現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了主序星階段的中年期，正值“壯年”。在這一階段，它核心內(nèi)部不斷發(fā)生著恒星核合成反應(yīng)，將氫聚變成氦。

在這一聚變的過程中，每秒有超過400萬噸的物質(zhì)被轉(zhuǎn)化為能量，生成中微子和太陽輻射。目前，這一能量的釋放過程較為穩(wěn)定，這給人類的生存創(chuàng)造了條件。而如果能量的釋放不穩(wěn)定的話，恒星所爆發(fā)出的超級(jí)帶電粒子風(fēng)暴就會(huì)給人類帶來滅頂之災(zāi)。

與太陽系類似，開普勒-452及開普勒-452b系統(tǒng)同樣正值“壯年”，這使智慧生命的出現(xiàn)成為可能；此外，雖然目前還無法準(zhǔn)確測量出開普勒-452b的質(zhì)量，但根據(jù)理論模型推測，它可能是一顆巖石行星，質(zhì)量可能是地球的5倍，也許存在空氣和水，因此極有可能已經(jīng)發(fā)展出了智慧生命。

未來，NASA將通過光譜分析法，推算出開普勒-452b的質(zhì)量和密度，確定它是否是巖質(zhì)行星。然后，通過光譜分析對(duì)它的大氣成分進(jìn)行研究，尋找開普勒-452b上是否有生命存在的信號(hào)（比如，在地球的光譜中，各種指示生命存在的信號(hào)——如氧氣、液態(tài)水等信息，都有對(duì)應(yīng)的峰出現(xiàn)）。

此外，對(duì)開普勒-452b的最新研究顯示，它很有可能就是地球未來“老”了以后的樣子——在開普勒-452形成后的最初50億年內(nèi)，開普勒-452b接收到的光照強(qiáng)度比地球弱，但現(xiàn)在它接收到的光照強(qiáng)度已經(jīng)超過了地球。據(jù)此，科學(xué)家認(rèn)為，隨著太陽和地球年齡的增長，地球上接收到的光照強(qiáng)度極有可能也會(huì)像開普勒-452b一樣逐漸增強(qiáng)，屆時(shí)，它也許將變得更加炙熱，將不再適宜人類居住。

實(shí)際上，對(duì)開普勒-452b以及其他類地行星的進(jìn)一步探測和研究，不僅將幫助我們更好地預(yù)測地球的未來，尋找可能存在的“星際同伴”，并回答人類未來是否可以移民外星球等現(xiàn)實(shí)命運(yùn)問題，而且也將有助于解答宇宙以及生命從哪兒來、將走向何方等長久困擾人類的問題。

不過，鑒于開普勒望遠(yuǎn)鏡2009年才升空，數(shù)據(jù)累計(jì)只有短短幾年，觀測半徑也只有數(shù)千光年，對(duì)于銀河系10萬光年的直徑以及更加遼闊的宇宙而言，它仍然“看”得不夠遠(yuǎn)、不夠清晰。因此，在更深更遠(yuǎn)的宇宙里，必定還有更多更加驚人的謎題，在等待著我們?nèi)ヌ剿?、去發(fā)現(xiàn)。答案究竟何時(shí)才能揭曉，讓我們拭目以待！（責(zé)任編輯/和恩馨）

如果外星真有高等智慧生命存在，他們?cè)鯓硬拍茉诿ＣＳ钪嬷邪l(fā)現(xiàn)地球？對(duì)此，科學(xué)家們進(jìn)行了大膽的猜想和探索。

觀測反光。2009年，美國國家航空航天局曾利用“深度沖擊”太空探測器，以地外生命視角從遙遠(yuǎn)距離觀測地球。研究人員發(fā)布的一份研究報(bào)告顯示，利用鏡面反射原理，其他行星上的“天文學(xué)家”可以借助地球洋面對(duì)光的反射，發(fā)現(xiàn)我們這顆藍(lán)色“水球”。

美國航天局艾姆斯研究中心研究員泰勒·魯賓遜稱，研究人員重新分析月球火山觀測感應(yīng)衛(wèi)星5年前收集的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)從月球表面觀測“月牙”狀態(tài)下的地球時(shí)，可以觀測到地球洋面反射的光線——此時(shí)，地球亮度是平時(shí)的兩倍。研究人員把這種現(xiàn)象命名為“地球閃爍”。

其實(shí)，長期以來，研究人員一直在探索能否觀測到其他行星的“閃爍”。而這項(xiàng)新研究啟示我們，要觀測“閃爍”，關(guān)鍵在于選擇適當(dāng)波長的光。這也為今后研制天文觀測望遠(yuǎn)鏡提供了新思路。

探測臭氧。臭氧也是生命存在的重要標(biāo)志之一，由于臭氧在紫外線中容易被觀測，所以也可以作為一種“生物指示器”。因此，科學(xué)家提出，今后研制的望遠(yuǎn)鏡可以（側(cè)重）觀測紫外線。

地球的臭氧層能夠吸收太陽輻射中的大部分有害紫外線，使地球生物免遭傷害，如同地球保護(hù)傘。因此，來自其他星球的“天文學(xué)家”如果能探測到大氣層中的臭氧，就能找到我們這顆宜居行星。（來源：本刊資料室）