地外生命和外星人探測(cè)

十九、如何尋找太陽(yáng)系外行星

向何方尋找太陽(yáng)系外行星

宇宙之廣，恒星無(wú)數(shù)，向何方尋找才能更有效地找尋到太陽(yáng)系外行星呢？

要弄清這個(gè)問(wèn)題，我們應(yīng)首先弄清行星是如何形成的。

大爆炸后由氫和氦氣體收縮形成的恒星，在演變中不斷產(chǎn)生各種重元素，在它們死亡時(shí)，將各種重元素以及氫、氦氣體拋撒到空間，形成星際氣體和塵埃云團(tuán)。

星際氣體和塵埃云團(tuán)在某些因素作用下旋轉(zhuǎn)和收縮。收縮使旋轉(zhuǎn)加快，離心力增大。在云團(tuán)赤道區(qū)離心力最大，它對(duì)云團(tuán)向內(nèi)收縮起阻礙作用，收縮率比其它區(qū)域小。結(jié)果，使收縮云團(tuán)逐漸變成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的扁平圓盤(pán)。

由于云團(tuán)中各種元素的質(zhì)量不同，慣性大小不同，質(zhì)量大、慣性大的重元素集中在圓盤(pán)的邊緣；圓盤(pán)中心主要是氫和氦，它們最后收縮成新的恒星。而以重元素為主的圓盤(pán)邊緣的物質(zhì)，則最后分裂、凝結(jié)和收縮成一批行星，它們?cè)谠缺馄綀A盤(pán)所在的平面內(nèi)繞恒星公轉(zhuǎn)。雖然恒星集中了云團(tuán)的絕大部分質(zhì)量，但卻沒(méi)有角動(dòng)量。云團(tuán)旋轉(zhuǎn)的角動(dòng)量都分配到占總質(zhì)量極小部分的行星上。

上述行星形成理論，雖其細(xì)節(jié)還沒(méi)有完全說(shuō)清楚，但從計(jì)算機(jī)模擬和太陽(yáng)系的實(shí)際情況看是成立的。迄今已探測(cè)到的太陽(yáng)系外行星，也大致能為這個(gè)理論作證。證據(jù)還有年輕恒星周?chē)奈镔|(zhì)圓盤(pán)。如1993年12月，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡對(duì)獵戶(hù)星座中110個(gè)年輕恒星進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)其中56個(gè)周?chē)形镔|(zhì)圓盤(pán)；1998年在半人馬座HR4796星周?chē)l(fā)現(xiàn)物質(zhì)圓盤(pán)；2003年5月，美國(guó)天文學(xué)家又在7個(gè)年輕恒星周?chē)l(fā)現(xiàn)物質(zhì)圓盤(pán)等等。

那么，上述行星形成理論，對(duì)向何方尋找太陽(yáng)系外行星有什么啟示呢？

首先，在宇宙大爆炸后由氫和氦形成的第一代恒星周?chē)豢赡苡行行牵辽俨豢赡苡兄卦亟M成的地球型行星。即使有由氫氦為主的氣體行星，與我們尋找行星的目的—尋找外星人的關(guān)系不大。因此，100多億年的老年恒星不是我們尋找行星的方向。

其次，雙星、多星周?chē)淮罂赡苡行行恰Ｒ驗(yàn)樵茍F(tuán)中的物質(zhì)在形成雙星、多星時(shí)已被瓜分殆盡了，即使剩下一些物質(zhì)也只能形成一些很小的行星。因此，雙星、多星不是我們尋找行星的主要方向。

還有，恒星密集的星團(tuán)中的恒星不大可能有行星。原因之一是形成恒星時(shí)剩下的物質(zhì)不多，即使有行星形成，環(huán)境也很惡劣；原因之二是星團(tuán)中的恒星一般都是老年恒星。

除此之外，巨大的恒星和很小的恒星周?chē)词褂行行牵錀l件也不適合生命的發(fā)展。

綜上所述，以尋找外星人為目的，應(yīng)該向與太陽(yáng)類(lèi)的、較年輕的、不大不小的單星周?chē)ふ摇６厍蛐托行莿t應(yīng)在距恒星0.8～1.9天文單位的軌道上去尋找。

如何判斷太陽(yáng)系外行星有生命

迄今探測(cè)到的太陽(yáng)系外行星，都是質(zhì)量巨大的氣體星，即木星型行星。它們有的距恒星很近，溫度很高，是所謂熱木星；有的距恒星很遠(yuǎn)，溫度太低是所謂冰木星。它們都不適合生命發(fā)展。

將來(lái)找到離恒星0.8～1.9天文單位的地球般大小的行星，又將如何判斷其上是否有生命呢？科學(xué)家認(rèn)為，可以借鑒地球和地球生命的種種標(biāo)志來(lái)進(jìn)行判斷。

首先，探測(cè)行星大氣。在本系列文章的第二篇，我們說(shuō)到1990年“伽利略”號(hào)木星探測(cè)器在途經(jīng)地球時(shí)，發(fā)現(xiàn)地球上的綠色植物在進(jìn)行光合作用時(shí)，放出有強(qiáng)烈腐蝕作用的氧氣。還說(shuō)到2003年7月，歐空局發(fā)射的“火星快車(chē)”號(hào)探測(cè)器，在飛往火星的途中，從800萬(wàn)千米外用歐美加光譜儀回眸地球，看到地球大氣透出淡藍(lán)色的光輝。那是氧、二氧化碳、水蒸汽和氮等的綜合顏色。我們知道，地球大氣中除氮、氧、二氧化碳、臭氧、水蒸汽和氬、氖外，有時(shí)還有少量一氧化碳、一氧化二氮、甲烷等氣體出現(xiàn)，它們都是地球上生命的標(biāo)志。

氧、氮、碳等元素是構(gòu)成生命的主要元素；臭氧、一氧化二氮是生物大量排放的氣體。

氧是非常活躍的元素，總力圖與其它元素結(jié)合，生成臭氧、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等，并因此而留下氬、氖等惰性氣體；同時(shí)，只有地面上的生命活動(dòng)不斷放出氧氣，才能在大氣中保有氧。氧是絕大多數(shù)動(dòng)物生存發(fā)展的條件。

二氧化碳是植物用陽(yáng)光合成養(yǎng)分的主要物質(zhì)，有二氧化碳就有植物生長(zhǎng)發(fā)育的條件。

當(dāng)然，火山爆發(fā)和物質(zhì)燃燒等天然活動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生甲烷、一氧化碳、二氧化碳等上述氣體，那么……

其次，探測(cè)行星表面的葉綠素。法國(guó)天體物理學(xué)家讓·施奈德和呂克·阿諾爾德發(fā)現(xiàn)，地球植物的葉綠素輻射一種特有的紅外線電磁波，它能將植被與荒漠區(qū)分開(kāi)來(lái)。那就是用紅外線望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)時(shí)，葉綠素使植物閃閃發(fā)光，其亮度大約達(dá)用肉眼看到的70倍。這種紅外線特性使人們可以從很遠(yuǎn)的地方看到它們。

還有，探測(cè)行星上的液態(tài)水。地球上的海水能產(chǎn)生一種特有的藍(lán)色反射信號(hào)。液態(tài)水是地球生命發(fā)展的基礎(chǔ)條件，是萬(wàn)物之源。沒(méi)有長(zhǎng)期存在的液態(tài)水，不可能孕育出生命來(lái)。發(fā)現(xiàn)液態(tài)水，哪怕是地表下或冰層下的液態(tài)水，就可能有生命在發(fā)展。如果能更細(xì)致的話，還可以探測(cè)熱水池、熱泥漿池、蒸汽出口和地下熱水出口。因?yàn)檫@些被視為地球生命的起源地。

如果我們探測(cè)到太陽(yáng)系外行星有上述各種特征或特征之一者，就可以作出那里可能有生命的判斷。如果進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)那里有無(wú)線電和燈光的蹤跡，就可判斷那里有高級(jí)智慧生命，我們就可以用前面介紹的種種方法與他們聯(lián)系。

如果那里只有低級(jí)生命，我們又如何尋找他們呢？我們接下來(lái)討論。

思考：

① 如何判斷太陽(yáng)系外行星有大氣和葉綠素等物質(zhì)？

② 如何尋找太陽(yáng)系外行星上的生命胚胎和種子？

（請(qǐng)看下期內(nèi)容）