人類，宇宙的孤兒？

喬爾丹諾·布魯諾在1584年寫下這樣一段話：“宇宙中有無數(shù)的恒星和無數(shù)的行星，這些行星都圍繞著它們的恒星旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方式與我們太陽系的七大行星完全一樣。我們只能看到恒星，這是因?yàn)樗鼈兪亲畲蟮奶祗w而且發(fā)光；但是我們卻看不見它們的行星，這是因?yàn)檫@些行星很小且不發(fā)光。宇宙中有無數(shù)個(gè)星球并不比我們的地球更糟糕，而且可能比地球更適合居住。”

為此，NAsA的“起源”計(jì)劃決定利用2l世紀(jì)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，來探索我們的太陽系以外是否存在著類似地球的行星，以及這些行星是否可以居住，或者已經(jīng)居住著原始生命。

那么，我們?nèi)绾未_定一個(gè)星球上是否存在生命呢?“伽利略”號(hào)宇宙飛船在從地球飛向木星的路上，就將其儀器轉(zhuǎn)向地球?qū)ふ疑嫩E象。除了無線電信號(hào)和晚上亮起的燈光，地球上的生命跡象微妙得令人驚訝。陸地上有一些錯(cuò)綜復(fù)雜的綠色(我們知道是植物)，二氧化碳、氧氣、甲烷、氮?dú)庠诖髿鈱又泄泊妗环N化學(xué)上不可能的情況，除非由類似生命的事物維持才會(huì)存在。

但地球上并非一直擁有這種大氣層。早期地球擁有一個(gè)高溫、非光合作用的生物圈，二氧化碳很多而氧氣很少。地球上的生命是微生物，這些微生物靠消耗氫和硫化物來獲取能量，導(dǎo)致一系列的含碳?xì)怏w和含硫氣體在大氣小的含量減少。那么，什么化學(xué)物質(zhì)會(huì)是早期地球大氣層中可識(shí)別的生命跡象呢?

應(yīng)該如何確定一個(gè)星球上有生物存在的信號(hào)呢?這是太空生物學(xué)家面臨的難題。為此，太空生物學(xué)家正在研究地球上極端環(huán)境中的微生物生態(tài)系統(tǒng)，將其作為早期地球以及太陽系以外行星上可能存在的微觀世界。

目前所用的技術(shù)

用來發(fā)現(xiàn)太陽系以外世界的最主要的技術(shù)之一就是多爵勒技術(shù)。一顆行星對(duì)其恒星的引力會(huì)導(dǎo)致恒星速度上的小差異(僅每小時(shí)數(shù)千米)，這種差異可以通過測(cè)量多普勒頻移來確定。迄今為止，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了75顆顯示出顯著差異的恒星、從這些恒星中我們了解到，大約有7％的類似太陽的恒星擁有距離在數(shù)個(gè)天文單位范圍內(nèi)的大行星，這些大行星的質(zhì)量為0.2個(gè)木星質(zhì)量到大約15個(gè)木星質(zhì)量。

盡管在軌道平面相對(duì)于視線的方向上運(yùn)用多普勒技術(shù)測(cè)量的質(zhì)量還不太準(zhǔn)確，但迄今為止探測(cè)到的絕大多數(shù)目標(biāo)確實(shí)比恒星要小得多，大多數(shù)是類似于木星或土星的氣體巨行星。最近研究人員對(duì)一個(gè)恰好從其恒星前面(從地球上看)經(jīng)過的目標(biāo)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)質(zhì)量稍小于木星而密度類似土星的發(fā)光氣體巨行星。

在目前被監(jiān)控的這些恒星中，研究人員認(rèn)為有一半以上可能擁有運(yùn)行在更遠(yuǎn)、更長周期軌道上的行星。他們認(rèn)為，現(xiàn)在掌握的研究數(shù)據(jù)有力地表明了在宇宙中存在大量恰好小于當(dāng)前探測(cè)極限的目標(biāo)。但無論怎樣，我們至今還沒有找到類似于我們太陽系的星系。此外，已知巨行星與可居住的類地行星在形成和存在所需的穩(wěn)定條件方面并不一致。

有人認(rèn)為，這些結(jié)果意味著類似太陽系的星系非常少，但大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為這是因?yàn)槎嗥绽占夹g(shù)從根本上限制了尋找長周期軌道上的大行星。在對(duì)找到其他“地球”這一期望灰心之前，我們應(yīng)當(dāng)注意到，我們還沒有這種觀測(cè)能力來尋找類似太陽系的星系。

第二種間接的行星探測(cè)技術(shù)是尋找由于行星的存在而導(dǎo)致的恒星位置(天體測(cè)量)的擺動(dòng)。NASA有兩個(gè)旨在探測(cè)行星的互補(bǔ)儀器：太空干涉儀和凱克干涉儀。太空干涉儀具有探測(cè)行星所需的極高靈敏度，可探測(cè)遠(yuǎn)至30光年的恒星周圍1個(gè)～5個(gè)天文單位軌道上僅數(shù)個(gè)地球質(zhì)量的行星。凱克干涉儀的靈敏度比太空干涉儀要低一些，但是由于它能運(yùn)行長達(dá)25年，因此將能夠發(fā)現(xiàn)長周期軌道上天王星那么大的行星。因此，太空干涉儀和凱克干涉儀將提供對(duì)附近數(shù)千顆恒星完整而又準(zhǔn)確的探測(cè)數(shù)據(jù)，以便研究人員確定更類似我們太陽系的星系是例外情況還是常見之物。

直接探測(cè)的挑戰(zhàn)

間接技術(shù)在尋找行星方面非常適用，但對(duì)這些行星的可居住性及其生命的探索則需要我們直接探測(cè)行星，并使用光譜分析來了解它們的物理和大氣條件。因此，類地行星探測(cè)器的目標(biāo)是尋找并鑒定圍繞250顆最近恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的任何類地行星。這種探測(cè)將集中在由一定溫度范圍所確定的可居住地帶，在這個(gè)溫度下可能存在液態(tài)水，因此就存在生命形成的條件。類地行星探測(cè)器將對(duì)大多數(shù)有希望的候選行星的大氣層進(jìn)行詳細(xì)探測(cè)，以了解它們的可居住性及其生命的光譜信號(hào)。

了解生命所需的條件并確定有可能的生物信號(hào)需要與生物學(xué)家、大氣化學(xué)家及地質(zhì)學(xué)家進(jìn)行緊密而持續(xù)的協(xié)作。NASA的很多專家已經(jīng)在為行星探測(cè)器制訂觀測(cè)要求方面緊密合作。

距類地行星探測(cè)器第一次發(fā)射升空已經(jīng)過去了十多年，而我們?cè)跀U(kuò)展科學(xué)知識(shí)方面并非停滯不前。這些計(jì)劃的成果將幫助我們更好地完善類地行星探測(cè)器，例如計(jì)算出與可能擁有類地行星的最近星系間的距離。我們也開始考慮類地行星探測(cè)器以外的下一步措施，包括行星成像儀技術(shù)，它將提供類地行星探測(cè)器所發(fā)現(xiàn)的任何行星更詳細(xì)的圖像和光譜圖。

從未來20年看，NASA的“起源”計(jì)劃將會(huì)得出一些什么結(jié)果呢?

我們將對(duì)圍繞數(shù)千顆恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的行星在周期(數(shù)天到數(shù)十年)、質(zhì)量(地球質(zhì)量至木星質(zhì)量)和距離(數(shù)光年到數(shù)百光年)等方面進(jìn)行完整的調(diào)查。我們將用這些事實(shí)與其恒星的屬性進(jìn)行關(guān)聯(lián)，對(duì)控制行星系統(tǒng)形成和發(fā)展的物理過程進(jìn)行更深入的了解。我們將能夠確認(rèn)附近的哪些星系(如果有)會(huì)擁有類似于太陽系的星球，并具有穩(wěn)定的可居住地帶。從這些信息中，我們將了解到太陽系是很常見的或者是很稀少的。而且，如果夠幸運(yùn)的話，我們將可以找到一個(gè)或多個(gè)地方，那里能夠出現(xiàn)我們稱為生命的復(fù)雜物理和化學(xué)過程。通過NASA的“起源”計(jì)劃，我們正開始回答人類歷史上最悠久的難題之一：我們是孤獨(dú)的嗎?