那些年我們追尋過的“地球2.0”

□ TOPP

那些年我們追尋過的“地球2.0”

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2015年7月23日，美國(guó)宇航局（NASA）宣布在開普勒太空望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)中，找到了一顆可能和地球很類似的系外行星——開普勒-452b，科學(xué)家們戲稱其為“地球2.0”。

這個(gè)名字就讓人浮想聯(lián)翩了：既然是地球2.0，會(huì)不會(huì)有外星人？他們會(huì)不會(huì)來找我們玩？我們能不能去他們那里玩？一長(zhǎng)串千奇百怪的問題讓科學(xué)家們措手不及。這也難怪，人類自古以來就一直在尋找著另一個(gè)地球，地球這個(gè)小小的行星實(shí)在禁錮不住人類的好奇心。

地球的堂兄

2015年7月23日，NASA宣布通過開普勒衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，在距離我們1400光年遠(yuǎn)的地方找到了地球的一位堂兄——一顆和我們地球非常類似的系外行星：開普勒-452b。

這個(gè)“堂兄”的母星和地球的母星——太陽一樣，是一顆G2型的主序星，但是要比太陽老15億年左右，它的表面溫度和太陽差不多，半徑比太陽略大。而我們的“堂兄”則在距離母星1.046個(gè)天文單位的公轉(zhuǎn)軌道上運(yùn)行，公轉(zhuǎn)一周需要384.84天，這個(gè)軌道也和我們的地球基本相同，處在“宜居帶”上，在這里，行星表面可以有液態(tài)水存在。這位“堂兄”的半徑比地球的半徑大60%，在目前發(fā)現(xiàn)的系外行星中，也算和地球個(gè)頭差不多大了。

有細(xì)心的讀者會(huì)問，開普勒望遠(yuǎn)鏡不是在2013年5月因?yàn)閮蓚€(gè)反作用輪損壞而不得不停止系外行星的搜尋觀測(cè)了嗎，為什么現(xiàn)在還會(huì)有新的發(fā)現(xiàn)？其實(shí)，開普勒望遠(yuǎn)鏡在2009年3月發(fā)射升空到2013年5月停止系外行星搜尋這段時(shí)間觀測(cè)到的海量數(shù)據(jù)是一個(gè)巨大的寶藏，但是其中的寶物需要我們慢慢去發(fā)掘與核對(duì)，才能最終確認(rèn)寶物的價(jià)值。

開普勒-452b就是這樣經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。它最早進(jìn)入天文學(xué)家的視線是在2014年5月，一次對(duì)開普勒觀測(cè)數(shù)據(jù)的測(cè)試篩選時(shí)，這個(gè)篩選旨在尋找那些小而冷的行星。由于母星的參數(shù)有偏差（表面溫度5578K，0.79個(gè)太陽直徑），那時(shí)候測(cè)算出開普勒-452b的直

圖片來源：NASA

水星 金星 地球 火星徑是1.1個(gè)地球直徑，而公轉(zhuǎn)半徑是0.99個(gè)天文單位。

之后，天文學(xué)家利用麥克唐納天文臺(tái)的2.7米望遠(yuǎn)鏡、惠普天文臺(tái)的1.5米望遠(yuǎn)鏡以及凱克天文臺(tái)的10米凱克Ⅰ望遠(yuǎn)鏡對(duì)其進(jìn)行了光譜觀測(cè)，測(cè)算出其母星表面溫度為5757K，直徑為1.1個(gè)太陽直徑。所以相應(yīng)的，開普勒-452b的參數(shù)也就修正為直徑1.6個(gè)地球直徑，公轉(zhuǎn)半徑1.046個(gè)天文單位了。

同時(shí)，天文學(xué)家還利用凱克Ⅱ望遠(yuǎn)鏡紅外波段的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)這顆恒星進(jìn)行觀測(cè)，以便確認(rèn)它和我們太陽一樣，是一顆單星而不是雙星或者多星系統(tǒng)，而且沒有背景星對(duì)結(jié)果進(jìn)行干擾。經(jīng)過如此反復(fù)地觀測(cè)、計(jì)算，天文學(xué)家才確定了開普勒-452b是我們尋找多年的地球的堂兄。

然而，想要拜訪這位堂兄也不容易。即使我們以光速飛馳，也需要1400年才能到達(dá)那里，而那里的“人們”看向我們的時(shí)候，看到的還是隋煬帝荒淫無道的統(tǒng)治，而后來大名鼎鼎的唐高祖李淵還只是一個(gè)小小的太守呢。

接下來，就讓我們一起盤點(diǎn)下人類都找過哪些“地球2.0”吧！

月球

月球是距離我們最近的天體，即使不使用任何現(xiàn)代天文工具，月亮看起來也是一個(gè)面，而不像行星、恒星那樣看起來只是一個(gè)點(diǎn)，再加上月亮表面豐富的紋路，就更讓人浮想聯(lián)翩了。

中國(guó)古代就有嫦娥奔月、吳剛折桂的傳說。早期的科幻小說中也有很多人類去月亮生活甚至和“月球人”打交道的情節(jié)。最早的科幻電影《月球旅行記》也講述了人類乘坐炮彈跑到月球上和月球生命打交道的故事。

當(dāng)然，隨著人類觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步和航天技術(shù)的出現(xiàn)，月球已經(jīng)被證實(shí)只是一片沒有生命的不毛之地，月球表面也印上了人類的足跡。只是，因?yàn)樵铝林挥幸幻娉虻厍颍浴霸铝帘趁嬗型庑侨恕?，甚至“月亮?nèi)部住著外星人”之類科幻小說一般的傳言還在流行，甚至還有很多人相信。這也可以當(dāng)作是現(xiàn)代版的“嫦娥奔月”神話吧。

《月球旅行記》劇照

嫦娥一號(hào)衛(wèi)星采集到的月球表面全圖

金星

金星是公轉(zhuǎn)軌道距離地球最近的行星，而金星半徑只比地球小4%，質(zhì)量輕20%，而且上面也有大氣，這些特征讓金星獲得了地球的“孿生姐妹”的稱號(hào)。所以在金星探測(cè)器到達(dá)金星前，天文學(xué)家們都認(rèn)為金星是一個(gè)和地球環(huán)境差不多的行星，甚至對(duì)在金星上找到生命充滿信心。

人類的飛行器在向太陽系其他行星進(jìn)發(fā)的時(shí)候，第一個(gè)目標(biāo)就選擇了金星。但是探測(cè)器傳回的數(shù)據(jù)卻讓人類的幻想破滅了。

金星大氣是由大量的二氧化碳和少量的氮?dú)饨M成的，而作為生命之源的水卻少得可憐。由于大量二氧化碳形成的“失控溫室效應(yīng)”使金星表面溫度達(dá)到467℃，氣壓則是地球表面氣壓的90多倍。在金星濃密的大氣層中，閃電頻發(fā)，二氧化硫和硫酸液滴組成的云飄在其中，這些云形成的“硫酸雨”降不到金星表面就被蒸發(fā)回到天上。這哪里是地球的孿生姐妹啊，這明明就是一幅煉獄的景象啊。

不過，對(duì)金星的深入研究顯示，金星在40億年前可能和地球一樣有液態(tài)水在表面流淌。是什么讓這對(duì)姐妹在演化上分道揚(yáng)鑣的？這也是讓科學(xué)家非常好奇的問題。畢竟，這也關(guān)系到我們的地球1.0今后會(huì)何去何從。

由先驅(qū)者號(hào)金星探測(cè)器在1979年以紫外波段拍攝的金星大氣結(jié)構(gòu)

羅威爾繪制的火星上的“運(yùn)河”和“綠洲”

火星

火星和金星、地球一樣，也是一顆類地行星。其半徑只有地球的一半左右，質(zhì)量則只有地球的十分之一。乍看起來，火星并沒金星那樣強(qiáng)有力的參數(shù)去競(jìng)爭(zhēng)地球2.0的位置。但是，人類對(duì)尋找火星生命的興趣卻一直是最高的。

人類對(duì)火星生命的興趣起源于1877年意大利天文學(xué)家喬凡尼·斯基亞帕雷利對(duì)火星的觀測(cè)。這位天文學(xué)家通過望遠(yuǎn)鏡在火星上觀察到了類似于溝渠的條紋結(jié)構(gòu)，就用意大利文“canali”（溝渠）來命名。而英美記者在報(bào)道的時(shí)候則直接將英文照搬為“canal”（運(yùn)河）。這兩個(gè)詞看起來差不多，但是“運(yùn)河”一定是人工開鑿的而“溝渠”則不一定非要是人工的，這兩個(gè)詞中微妙的差別就導(dǎo)致了后來的“火星人”熱——既然有運(yùn)河，就要有開鑿運(yùn)河的人嘛，而地球人那時(shí)候還沒有踏足過火星，那么這運(yùn)河一定是火星人建造的！

這樣一個(gè)奇妙的誤會(huì)倘若及時(shí)停住，之后的“火星人”熱也不會(huì)這么瘋狂吧?？墒?，偏偏這個(gè)誤會(huì)被一個(gè)叫帕西瓦爾·羅威爾的人看上了。這個(gè)羅威爾精通文學(xué)及數(shù)學(xué)，曾在日本住過一陣子，寫了關(guān)于日本宗教及文化的書，曾被聘為韓國(guó)的外交顧問。他得知斯基亞帕雷利發(fā)現(xiàn)火星上的“運(yùn)河”后，就利用他巨大的財(cái)富和影響力建立了后來舉世聞名的羅威爾天文臺(tái)（冥王星就是在這個(gè)天文臺(tái)被發(fā)現(xiàn)的）并開始潛心研究火星。

他觀測(cè)到了火星兩極“冰冠”隨著季節(jié)變化改變大小，從而認(rèn)為火星上有水。他還為火星繪制了“地圖”，上面有“運(yùn)河”有“綠洲”，并且還聲稱這些會(huì)隨著季節(jié)而改變。

他將他的這些發(fā)現(xiàn)寫進(jìn)了他自己出版的《火星》（Mars）、《火星和它的運(yùn)河》（Mars and Its Canals）和《作為生命居所的火星》（Mars As the Abode of Life）三本書中，在第三本書中他甚至利用他商業(yè)上的經(jīng)驗(yàn)推測(cè)起火星人的生活。

1965年，水手4號(hào)探測(cè)器飛掠火星后發(fā)現(xiàn)，那些“運(yùn)河”其實(shí)是火星上的裂谷或者隕石坑連成的線；而“綠洲”則可能是火星上的沙塵暴；火星上兩極覆蓋的也不是冰蓋而是干冰。雖然羅威爾的理論被觀測(cè)推翻了，但是他的著作卻深入人心，時(shí)至今日，還有很多人相信火星上有運(yùn)河，火星人在其中辛勤的勞作。

現(xiàn)在的火星上死氣沉沉，表面沒有穩(wěn)定的液態(tài)水，稀薄的大氣以二氧化碳為主，空氣中充滿了塵埃，時(shí)不時(shí)會(huì)有超強(qiáng)沙塵暴掠過，根本看不到高等生命的跡象。但是隨著火星探測(cè)的深入，發(fā)現(xiàn)在火星地表下有冰存在，很可能在40億年前，火星上也存在著海洋和河流。但是，這些水并沒有在火星上孕育出“火星人”，倒是可以供以后去火星的地球人使用。

太陽系外的伙伴們

近幾年來，太陽系外行星的探測(cè)成了一個(gè)熱門的話題。這要?dú)w功于天文觀測(cè)設(shè)備和技術(shù)的大幅進(jìn)步，尤其是開普勒空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射升空。要知道，目前人類發(fā)現(xiàn)的不到2000顆系外行星中，將近一半都是由開普勒望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的。

而在這些系外行星中，我們是怎么找到“地球2.0”的呢？其實(shí)，我們主要參照了兩個(gè)指標(biāo)：

1.行星本身和地球的相似程度

既然是找地球2.0，這一條肯定要滿足的吧。適當(dāng)?shù)拿芏瓤梢源_定該行星是巖石表面，質(zhì)量足夠大可以保持一個(gè)完整的大氣層。這是我們目前已知的生命存在的必要條件。

2.行星是否在“宜居帶”中

“宜居帶”是指一顆恒星周圍，能使水在行星表面保持液態(tài)的范圍。這個(gè)范圍對(duì)于各個(gè)恒星都不一樣，可以根據(jù)恒星的參數(shù)測(cè)算出來。

只要滿足了這兩個(gè)條件，我們就可以把這顆行星劃入“地球親友團(tuán)”的范圍了。至于說，它到底是和地球一樣，是個(gè)美麗的藍(lán)色星球，還是和金星一樣，熱如煉獄，抑或是和火星一樣貧瘠荒涼，以現(xiàn)在人類的科技，就很難知曉了。

Gliese 581 c：首顆宜居帶內(nèi)的“超級(jí)地球”

這顆質(zhì)量至少是5.5倍地球質(zhì)量的“超級(jí)地球”是在2007年4月公布的。它圍著一顆溫度很低的紅矮星公轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)周期只有13天。雖然這顆行星還不怎么像我們的地球，但是，也造成了很大的轟動(dòng)，這讓人們看到了找到另一個(gè)地球的希望。甚至，有一家英國(guó)的博彩公司，在這顆行星公布后，把外太空是否有生物存在的賠率，由1賠1000調(diào)低至1賠100。

Kepler-20e 和 Kepler-20f：首次發(fā)現(xiàn)類地系外行星

NASA在2011年12月公布了發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)小兄弟的消息。它們的直徑分別是地球直徑的0.87倍和1.08倍，大小和地球幾乎一模一樣。只是它們離母恒星實(shí)在太近了，Kepler-20e的表面溫度有760℃，而遠(yuǎn)一點(diǎn)的Kepler-20f表面溫度也有420℃，和水星差不多。

半徑對(duì)比圖，從左到右分別為Kepler-20e、金星、地球、Kepler-20f。圖片來源：NASA

Kepler-452b：首個(gè)在太陽同類（G2）恒星的宜居帶中發(fā)現(xiàn)的類地行星

這個(gè)就是近來的主角明星啦，直徑和地球相仿（地球直徑的1.6倍），母恒星類型和太陽相同，還在宜居帶中，所以被冠以了“地球2.0”的稱號(hào)。

Kepler-186f：首個(gè)在宜居帶中發(fā)現(xiàn)的類地系外行星

這顆行星是NASA在2014年3月公布的。它的直徑約是地球直徑的1.1倍，軌道周期為129.9天，其母恒星是一顆年輕的紅矮星。不過，它靠近宜居帶的外邊緣，表面環(huán)境可能和火星相似。

爭(zhēng)議

細(xì)心的朋友可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，所有以Kepler開頭的行星都只有半徑的數(shù)據(jù)，而沒有質(zhì)量的數(shù)據(jù)。這是因?yàn)?，開普勒望遠(yuǎn)鏡是利用掩星法尋找系外行星的。這種辦法雖然可以快速而靈敏地找到系外行星并且測(cè)量它的半徑，但是卻無法測(cè)量出它的質(zhì)量。想知道它的質(zhì)量還需要用其他的手段進(jìn)行測(cè)量，但是，其他的手段可能沒有掩星法這么靈敏，尤其對(duì)于類地行星這種“小家伙”很可能就無能為力了。

但是，質(zhì)量這個(gè)參數(shù)很重要，沒有質(zhì)量的話，根本說不清這個(gè)行星到底是小海王星（冰質(zhì)）還是大地球（巖質(zhì)）。這不，NASA剛剛信誓旦旦地說自己找到的是個(gè)地球2.0，就有天文學(xué)家發(fā)文章（Rogers, L. A., arXiv:1407.4457）說，大多數(shù)1.6個(gè)地球直徑的系外行星都不是巖質(zhì)行星?？磥硐氆@得“地球2.0”這名號(hào)，也不是一件容易的事情。

宇宙那么大，我們一定不是孤獨(dú)的，在繁星之中，也許就隱藏著另一顆水藍(lán)色的星球等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)，尋找地球2.0的行動(dòng)還會(huì)繼續(xù)下去。隨著觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，未來會(huì)有更多的“地球2.0”，甚至3.0、4.0都會(huì)出現(xiàn)吧！