天外有天

劉增義

近年來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)太陽系外行星的無可辯駁的事實，向世人宣示：天外有天。同時也表明，我們?nèi)祟悓ψ约核诘奶栂的酥零y河系，還知之甚少。

最近，天文學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了一顆圍繞名叫格利斯876恒星旋轉(zhuǎn)的行星，它的質(zhì)量約有500個地球大小。由于這顆行星在一個很扁的橢圓形軌道上運行，并且旋轉(zhuǎn)速率也異乎尋常，所以1年(公轉(zhuǎn)1周)僅僅需要61天。它與它所圍繞的、暗淡無光的紅矮星之間的距離，比太陽系最里層的行星——被太陽烤焦的水星離太陽的距離還要近。但是，它的表面很可能有氣體存在，氣溫或許在－75℃，按地球表面的溫度標(biāo)準(zhǔn)，是奇冷無比的。在表層下面，緊靠著的或許是一個溫暖層，溫度要稍高些，也可能有某些化合物，如以液態(tài)存在的水，但這種水只是微滴，不適于生命的生存。

現(xiàn)在，人們還未給這顆新行星起名，能“證明”的也只是最晚發(fā)現(xiàn)的一顆太陽系外的行星。即使到現(xiàn)在，這些太陽系外的行星，也還只是存在于科幻作家們的想像之中。現(xiàn)在——你也許知道一點有關(guān)銀河系的星球游戲了——盡管一顆顆的日外行星都詭秘異常，但是，最終還是要被天文學(xué)家們一一揭開它們神秘的面紗，目前已發(fā)現(xiàn)幾十顆之多。

在1998年夏，歐洲天文學(xué)家就宣稱，可能有四顆更大體積的日外行星，它們所圍繞的恒星，都比格利斯876恒星離地球的距離遠(yuǎn)。在一項有爭議的發(fā)現(xiàn)中，天文學(xué)家們采用了軌道式哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，也許是開天辟地第一次，得到了一顆脫離原行星，即一顆在形成過程中的日外行星可望而不可即的星象圖。這顆被命名為TMR－1C的原行星，是從一顆年輕恒星中拋射出來的。這些新發(fā)現(xiàn)，正在推翻早期人們關(guān)于太陽系怎樣形成，以及運轉(zhuǎn)狀態(tài)的種種猜想——而當(dāng)天文學(xué)家們力求弄清它的全部意義時，卻由此而引起一場激烈爭論。

最晚發(fā)現(xiàn)的這顆日外行星的搜尋者，美國舊金山大學(xué)與加利福尼亞大學(xué)的杰弗里·W甭砦骱拖つ崽煳奶ǖ撓⒁嵐拇罄亞人R北Ｂ蕖ぐ吞乩眨現(xiàn)在正領(lǐng)導(dǎo)著世界上兩個頂尖級行星搜尋研究小組中的一個。自1998年以來，他們的研究小組，利用加利福尼亞圣荷塞的李克天文臺和夏威夷群島莫納克亞山上的“可克1”號望遠(yuǎn)鏡，一直在觀測研究圍繞眾多恒星旋轉(zhuǎn)的約400顆行星的樣貌特征。

而兩年前的觀測就已表明：一是日外行星在外觀上并無特別之處，它們圍繞的恒星都是類太陽的或是古怪的脈沖星(爆炸了的恒星)，而圍繞它們旋轉(zhuǎn)的行星，都是由氣體與塵埃混合而成的；二是一些日外行星的質(zhì)量，以及它們的運行軌道，都大大出乎人們的預(yù)料。例如，在太陽系外新發(fā)現(xiàn)的一些行星，其質(zhì)量比太陽系中最大的行星——木星，還要大許多倍，而木星的質(zhì)量就是地球的300倍。大行星容易被發(fā)現(xiàn)，天文學(xué)家們尋找日外大行星，用的是早期的行星搜尋技術(shù)。

但就行星而言，它們之間運行軌道的差異之大，更使人困惑不解。例如，在新近發(fā)現(xiàn)的日外行星中，就有一顆1年(公轉(zhuǎn)1周)只有3天多一點時間的，相比之下，繞太陽旋轉(zhuǎn)的水星，1年也有88天之多。在太陽系中行星的運行軌道都接近于圓形，而許多日外行星，包括圍繞格利斯876恒星旋轉(zhuǎn)的那顆行星，它們的運行軌道都是橢圓形的。因而，天文學(xué)家們對偶然發(fā)生天體碰撞的原因，也有所猜想——如很接近的一顆小行星與另一大行星碰巧相撞，有可能拋出一個新的天體，并會反沖一顆行星進入一個橢圓形軌道。然而，馬西對天發(fā)問，為什么會自然天成如此眾多的橢圓形軌道呢?這可能另有原因，但現(xiàn)在人類還沒有解釋它的理論。針對這一問題，馬西的研究小組希望弄清太陽系的體系結(jié)構(gòu)，并打算確定太陽系的活動到底是正常的還是反常的。

天文學(xué)家們第一次發(fā)現(xiàn)太陽系外的行星，是在1991年。當(dāng)他們觀測到日外行星時，便大吃一驚，那顆人類第一次發(fā)現(xiàn)的日外行星，是在圍繞一顆爆炸了的被稱為脈沖星的恒星旋轉(zhuǎn)的，而這顆脈沖星在以準(zhǔn)確的時間間隔不斷發(fā)射高能輻射波和輻射線。當(dāng)時，美國賓夕法尼亞州州立大學(xué)的天文學(xué)家亞歷山大·沃爾西切安，利用波多黎各島上的阿雷西沃大型射電望遠(yuǎn)鏡，發(fā)現(xiàn)了一直使他迷惑不解的輻射頻率一改過去穩(wěn)定的局面，發(fā)生了異變，而這些輻射是源于一顆被稱作PSR－1257＋12的脈沖星。經(jīng)過3年的觀測分析，他確認(rèn)這種不規(guī)則的奇異變化現(xiàn)象，是由在其周圍運行的兩三顆行星的引力攝動所致。

而在1995年10月，兩位瑞士日內(nèi)瓦天文臺的天文學(xué)家，米歇爾·梅厄和迪爾·奎洛齊，也發(fā)現(xiàn)了一顆圍繞飛馬座51恒星旋轉(zhuǎn)的行星，這是第一顆在“類太陽恒星”旁發(fā)現(xiàn)的日外行星。與沃爾西切安的研究一樣，他們只是采用了不同的方法，瑞士天文學(xué)家是用多普勒位移法測量恒星光譜頻率變化的。此后，太陽系外新行星就像大雷雨中的冰雹一樣開始被發(fā)現(xiàn)。

天文學(xué)家們特別關(guān)注這顆圍繞相對小的格利斯876紅矮星旋轉(zhuǎn)的行星，是因為它的存在暗示人們，許多的日外行星或許并不像以前人們想像的那樣復(fù)雜。馬西指出，銀河系中的大多恒星，都是此類形形色色的小矮星，而最初的觀察跡象表明，紅矮星群可能是行星們的一塊“肥沃的圍獵場”。諸多的紅矮星與格利斯876恒星一樣，其質(zhì)量約為太陽的1／10～1／3。

同時，馬西還認(rèn)為，紅矮星群離太陽最近，而格利斯876恒星離太陽恰為15光年，在這些恒星當(dāng)中，離太陽最近的早就被發(fā)現(xiàn)帶有自己的行星。馬西說，由于它們離太陽足夠的近，以致我們最終能夠獲得它們清晰的圖像。這就意味著人們下一步對圍繞恒星運轉(zhuǎn)的日外行星的研究，將集中于紅矮星群。

馬西及其同事們，在探測一些已形成的星系時，用這臺新型哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一顆也許是在另一時空完結(jié)時逸出的原行星。美國加利福尼亞帕薩迪納日外行星研究小組的蘇珊·特倫拜在觀測研究之后認(rèn)為，當(dāng)人們通過間接技術(shù)觀測行星時，看到的只是星系形成的結(jié)束，這就遺留下許多的未解之謎。與此相反的是，這個“哈勃星象圖”卻帶給人們一些早期行星演變過程的蛛絲馬跡。

特倫拜在用哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測一些年輕恒星時，意外地發(fā)現(xiàn)了TMR－1C行星。她認(rèn)為，兩顆恒星近距離撞個滿懷，會把它的某顆行星推入深層空間。要是TMR－1C被證明是一顆原行星，那么，特倫拜的上述判斷不會有錯，但也不是說任何天體都可以這樣預(yù)測。

根據(jù)目前的資料分析，確信TMR－1C行星上的溫度應(yīng)該在1600℃～3000℃之間，而且它正以5千米／秒～10千米／秒的速度旋離它所圍繞的恒星。NASA的天文學(xué)家埃得·魏勒則表示，如果這顆行星被進一步證實，那么，人們記住這個哈勃發(fā)現(xiàn)日將是最為重要的。特倫拜開始用可克望遠(yuǎn)鏡進行跟蹤觀測，這將有助于進一步確信TMR－1C的溫度和亮度，如它的溫度高于3000℃，那么，它多半是一個隱蔽天體(如一顆恒星)，而如溫度低于3000℃，就存在一個可能的目標(biāo)范圍(包括一顆行星)。

今天，在太陽系外一片片天外之天的發(fā)現(xiàn)，引起了人們極大的關(guān)注，馬西更確定了一個更為專一的研究目標(biāo)：對那些離太陽很近的恒星進行觀測，目的是探尋類地行星——以人類為宇宙中心的“圣杯”。

馬西解釋道，作為科學(xué)家來說，我們應(yīng)無任何偏見地、客觀地研究所有的恒星與行星。但是，我們是真正富有情感的人類，找到一顆圍繞恒星旋轉(zhuǎn)的類地行星，是最為激動人心的目標(biāo)之一——如此的理念與遐想，猶如浩瀚的海洋、平靜的湖泊、涓涓的溪流和飛瀉的瀑布，或許是宇宙生態(tài)學(xué)。

科學(xué)與技術(shù)的進步，將有助于人們找到類地行星。最近，科學(xué)家們設(shè)計成功的、相隔幾十米或幾百米的最先進多面鏡和空間干涉儀設(shè)備，是準(zhǔn)備裝于太空的巨大而準(zhǔn)確的“火眼金睛”。可克太空望遠(yuǎn)鏡就帶有空間干涉儀系統(tǒng)，這個成本為48億美元的空間干涉儀——將于2005年飛出地球大氣層，直接對類地行星進行探測。馬西說，能帶給人類無比激動的這位類地行星的發(fā)現(xiàn)者，迄今尚未出現(xiàn)，而一組多面鏡與這個足球場大小的空間干涉儀系統(tǒng)的同步操作，就可使人們直接看到太陽系外行星的清晰的圖像。如果資金供給充足，這套組合系統(tǒng)裝置的發(fā)射時間，預(yù)計在2010年～2015年間。

因此，人類有幸第一眼瞥見一片片天外之天的日子已為期不會太遠(yuǎn)。馬西不無感慨地預(yù)言，第一眼直接看見太陽系外行星圖像的，多半是我們這一代人，而不會是子孫后代。