到太陽系外尋找“第二地球”

本報駐美國特約記者 丁 雨 本報特約記者 王思潮 諸葛炎

藍色地球是宇宙中獨特的存在嗎？我們這些地球上的生命是孤獨的嗎？長久以來，科學家們一直在努力尋找這些問題的答案。隨著美國東部時間3月6日22時49分（北京時間3月7日11時49分），人類第一臺專門用于尋找類地行星的“開普勒”空間望遠鏡發(fā)射升空，在未來3年多的時間里，它能否找到地球的“兄弟姐妹”，將成為天文學界未來幾年中最大的懸念。

對太陽系外行星進行“普查”

要尋找外星生命，首先得找到適合生命存在的環(huán)境。科學家認為，類地行星最適合生命存在，有生命存在的行星要求很苛刻，為確保引力大小適度，它的質(zhì)量必須在地球的一半到兩倍之間；距離恒星也不能太遠或太近，并保證表面上有液態(tài)水存在。而此前的天文觀測手段有限，觀察到的行星數(shù)量并不多。由于行星體積遠小于恒星，本身不發(fā)光的特點又使它常被恒星的光芒所掩蓋，因此一直到上世紀90年代人類才第一次確認太陽系以外的行星存在。截至2009年3月3日，已發(fā)現(xiàn)了342顆太陽系外行星，不過其中絕大多數(shù)屬于類木行星，即類似木星那樣由氣體組成、體積比較大的行星，據(jù)信其中沒有一顆適于生命存在。

這次發(fā)射的“開普勒”空間望遠鏡更類似于對太陽系外行星進行的一次“普查”，它將花費3年半的時間調(diào)查超過10萬顆恒星，從中尋找出類地行星在宇宙中的稀少程度。“開普勒”空間望遠鏡是依靠行星“凌日”的現(xiàn)象來尋找類地行星。行星圍繞恒星轉(zhuǎn)動時，會阻擋一部分恒星的光，這就是行星“凌日”，觀察到這樣的現(xiàn)象就可確定這顆恒星周圍存在行星，并能根據(jù)“凌日”的間隔和亮度等確定行星的軌道、溫度和大小。這就像人們看到遠處有一輛亮著車燈的汽車，當一只小蟲從車前經(jīng)過時，可通過光線變化推斷蟲子的大小。

“開普勒”望遠鏡：簡單而特殊

“開普勒”望遠鏡呈圓筒狀，運行在與地球相同、與地球同速繞太陽運行的軌道上，以避開太陽的遮擋。它上面的科學儀器只有1臺，就是迄今世界最大、靈敏度極高的光度計，可以探測目標星球所發(fā)射出來的光子數(shù)量的細微變化。如果把“開普勒”的鏡頭對準地球上的某一小鎮(zhèn)，光度計可以偵測到一個開著電筒走過的人。光度計的主反射鏡核心是一個直徑0.95米的施密特望遠鏡。在透鏡背后，有一排42塊CCD組成的接收器，這相當于1臺9500萬像素的數(shù)碼相機。它的靈敏度是如此之高，以至于在太空中可以發(fā)現(xiàn)地球上晚間一盞普通燈被關(guān)閉的光線變化。據(jù)介紹，“開普勒”能探測到小至0.002%的微弱亮度變化，相當于“一只跳蚤跳過車前燈”。

“開普勒”望遠鏡將目標鎖定在銀河系天鵝星座與天琴星座之間的一小塊天區(qū)，每半個小時檢測一次距離在586.8光年到2999.2光年之間的10萬多顆恒星的亮度變化。這里是銀河系類似太陽的恒星最密集的區(qū)域之一，同時也不會受到太陽光線的干擾。行星“凌日”現(xiàn)象通常只連續(xù)幾小時至十幾小時，所以必須頻繁測量恒星的亮度，并把測量到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。“開普勒”觀測的數(shù)據(jù)將以連續(xù)的方式不間斷地存儲下來，每月向地球傳回1次。這些數(shù)據(jù)被傳送到科羅拉多大學巨石城分校大氣與太空物理學實驗室，該實驗室再把這些數(shù)據(jù)傳送到美國巴爾的摩的太空望遠鏡科學院。最后由美國航空航天局的阿姆斯研究中心進行數(shù)據(jù)的科學分析。

無論結(jié)果如何意義都重大

天文學家一致認為，無論“開普勒”找到的類地行星數(shù)量如何，這一項目均具有重要意義。它的發(fā)現(xiàn)結(jié)果將可決定未來太空探險任務的方向，究竟該不該花費力氣尋找外星生物。

如果發(fā)現(xiàn)較多類地行星，則意味著生命在銀河系內(nèi)可能很普遍，并為未來的任務指明道路，類地行星是否存在其他和生命有關(guān)的證據(jù)將成為未來研究的重點。科研人員可利用今后研制的空間望遠鏡進一步詳細觀測，如果接下來發(fā)現(xiàn)這些行星上存在水或氧氣的化學特征，意味著可能有生命存在。美歐將分別實施“類地行星發(fā)現(xiàn)者”和“達爾文”計劃，它們將在2020年前發(fā)射用于觀測位于恒星宜居帶中的行星，主要目標是觀測那些穿過行星大氣的光線的光譜，以此來尋找和生命有關(guān)的氧和其他化學成分的信號。

不過，如果“開普勒”最終發(fā)現(xiàn)類地行星極少或沒有，那也是一項意義深遠的發(fā)現(xiàn)，這說明地球可能是宇宙中的一個特例，人類可能是宇宙中唯一智慧生命，這也將意味著不可能有什么“星球大戰(zhàn)”。而人類要探測更遙遠的類地行星，在技術(shù)上存在很大的障礙，而且也需要花很長的時間。▲