尋找新世界

以宇宙之廣大，或許有可能誕生與地球生命形式完全不同的生命——基本成分不同(比如基礎元素是硅而不是碳的硅基生命)、遺傳物質不同(不是DNA和RNA)、生活環境和外在形態更是完全不同(八爪魚或大蟑螂嗎?參見各種離奇的科幻小說)。但人類認識地外生命的過程，還是要從尋找與自己相似的生命開始。此類搜索的第一步(除了派飛船到鄰近行星上去挖細菌)，就是尋找條件與地球相似的太陽系外行星。過去十幾年來，人們差不多研究過100光年以內的所有恒星，在1000余顆恒星的周圍發現了約100顆行星。如果這個接近10％的比例具有代表性，那么我們可以大致估算出，銀河系的2000余億顆恒星中可能有200億顆擁有自己的行星系統，完全有理由猜想其中存在與地球非常相像的星球。

根據法國巴黎天文臺的讓·施耐德的統計，截至2002年6月底，人類已經發現了100顆太陽系外行星。可能南于對其中某些行星的身份認定存在不同意見——或者還有網頁更新速度不一的緣故，美國加州一卡耐基行星搜索小組及美國航空航天局噴氣推進實驗室的統計表還不足100之數，前者為92顆，后者則為82顆。在施耐德的統計表中，這第100顆太陽系外行星繞HD2039恒星運轉，質量為4.12個木星質量，與恒星距離為2.19個天文單位(即地球與太陽距離的2.19倍)，繞其恒星公轉周期為近1210個地球日。HD2039恒星與地球的距離約為293光年。

目前發現的太陽系外行星都是與木星相似的巨型氣態行星，大部分行星的質量比木星大，最大的甚至有13.75個木星質量。但這并不表示其他恒星周圍的行星真的大多是類木行星，只是我們現在的觀測能力有限，只能先看到這些大行星罷了。行星本身不發光，只會反射恒星的光芒。想想人類當初發現冥王星尚且那么困難，要在幾十、幾百光年的距離上直接看到一顆行星，實在還不是目前的水平能達到的。1999年底曾有英國科學家報告說，他們從50光年外的一顆恒星的光芒里，分離出了行星的光芒，引起了廣泛關注。大半年后，研究者承認，重復研究表明原先的結果可能是隨機誤差導致的，只是空歡喜一場。

目前最常用于尋找太陽系外行星的方法是所謂多普勒擺動。我們通常說“行星在引力的作用下繞恒星公轉”，實際上應該是恒星一行星的雙星系統繞它們共同的質心公轉。只是恒星的質量比行星大得多，兩者的共同質心離恒星非常近而離行星很遠，因此馬馬虎虎地說行星繞恒星公轉也無不可。由于恒星本身也沿一個微小的橢圓軌道繞共同質心運轉，從地球上看來，它在有規律地靠近和遠離地球。由于多普勒效應，恒星靠近地球的過程中，其到達地球的光線會發生藍移；而遠離地球的過程中，光線會發生紅移。觀察恒星光譜這種周期性的微小擺動，就能察知附近必有一個看不見的天體在牽引它。很顯然，行星質量越大、離其恒星越近，多普勒擺動的效果就越明顯，因此人類首先發現的太陽系外行星中以離恒星很近、質量巨大的行星居多，也是理所當然。

行星對其恒星運動的影響也可不利用光譜來判定，而通過直接觀察恒星位置的變化。不過依據的基本原理與多普勒擺動基本相同，都適用于質量較大的行星。另一種方法是觀察行星對恒星的周期性掩蝕：從地球上看，當一顆行星經過其恒星時，雖然它本身不能被直接看到，但它引起的“日食”會使恒星的光芒減弱，掩蝕結束后光度又恢復正常。這種方法對行星和恒星位置的要求未免高了一點，但它是日前唯一可行的尋找小質量彳亍星——即與地球差不多大小的行早——的方法。

總的來說，迄今發現的太陽系外行星還沒有任何一顆淡得上與地球略有相似之處，不過加州卡耐基行星搜索小組2002年6月報告的15顆新行星中，有兩顆頗為有趣。一顆是迄今發現的質量最小的太陽系外行星，僅0.12個木星質量(不過仍相當于38個地球)，繞御夫座方向上的HD49674恒星(離地球133光年)運轉，與恒早距離為口地距離的1／20，公轉周期接近5個地球日。另一顆行星位于巨蟹座55(55Cne)恒星附近，是這顆恒星的三顆行星之一。它的質量約為4個木星質量，軌道半徑為5，9個天文單位，與木星的軌道半徑相當接近，是已發現的太陽系外行星中與其恒星距離最遠的。

終極大獎——質量與地球相似的固態行星、與其恒星之間的距離也正好合適，這樣的行星不能依靠多普勒擺動來發現。2006年美國航空航天局的“開普勒”飛船和2008年即將升空的歐洲航天局的“愛丁頓”飛船，都將通過觀察行星對恒星的掩蝕來尋找小質量行星。太空中的觀測角度要靈活得多，這些飛船有望發現成千甚至上萬顆行星?根據歐洲航天局的計劃，“愛丁頓”之后的“蓋婭”將擴大搜索范圍，最后由“達爾文”飛船隊來分析那些與地球最相似的行星發出的光芒，從這些行星的大氣中尋找生命跡象。

除了尋找與地球相似的星球，研究太陽系外行星還將有助于了解太陽系行星的形成過程。科學家一般認為，太陽系是一團星云狀物質在引力作用下收縮形成的，核心處聚集的物質溫度升高，點燃核反應形成太陽：外圍物質也聚集形成稱為“原行星盤”的氣體塵埃盤，最終成為行星。但這種概念比較模糊，一些細節存在不少疑問和爭議。我們不可能逆轉時間去看早期的太陽系，但如果能發現足夠多的、處于不同演化階段的太陽系外行星，就可以很好地解答行星的形成問題。這就像我們不必從嬰兒出生開始一直追蹤幾十年到他老死，只需要觀察一下世界上老老少少不同的人，就能知道人是怎樣誕生、長大、變老的。

天文學家在這方面已經邁出了嘗試性的步伐。一個研究小組2002年6月19日在卡耐基研究所舉行的太陽系外行星學術會議上說，他們發現麒麟座方向上的KH15D恒星的光芒會周期性地變暗。這顆恒星離地球2400光年，年齡僅300萬年左右，尚處于幼年期。它的亮度以48.3天為周期有規律地變化，最暗時亮度僅為平常的4％，約兩天之后恢復正常。科學家認為，這種“眨眼”現象可能不是行星掩蝕恒星形成的，而是尚未形成行星的塵埃云，即正在誕生中的行星。

另一批天文學家則在2002年7月4日的《自然》雜志上報告說，不久前他們在320光年外的HDl41569恒星附近發現了巨型氣體行星正在誕生的跡象。這顆恒星年齡在500萬年。1000萬年之間，質量比太陽大兩三倍。研究人員從它的光譜中發現了一氧化碳和H³⁺(三個氫原子組成的原子團，失去了一個電子)的譜線，前者代表恒星周圍的塵埃，后者則是木星等巨型氣態行星的典型特征。據推測，在離該恒星17個天文單位的地方可能有一個塵埃環，7個天文單位的地方則有一個正在形成的氣態大行星。這些發現如果得到證實，都代表著太陽系演化早期的重要階段，對研究行星的演化十分有用。