那會(huì)是另一個(gè)“地球”嗎？

張唯誠(chéng)

葛利斯581(GIi ese581)是一顆紅矮星，位于天秤座，距地球約20.5光年，質(zhì)量?jī)H為太陽(yáng)的三分之一，釋放的光也比太陽(yáng)弱得多。近幾年來(lái)，這顆昏暗的恒星受到天文學(xué)家們的高度關(guān)注，因?yàn)槿藗冊(cè)谒闹車(chē)群蟀l(fā)現(xiàn)了好幾顆行星。今年4月21日，瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的邁克·馬約爾等人宣布說(shuō)，他們?cè)诟鹄?81周?chē)职l(fā)現(xiàn)了一顆新的行星——葛利斯581e，它的質(zhì)量?jī)H為地球質(zhì)量的1.9倍，是目前為止天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的與地球大小最近似的一顆系外行星。更令人振奮的是，他們還宣布說(shuō)，2007年發(fā)現(xiàn)的行星葛利斯581d是一顆處于“可居住帶”內(nèi)的行星。

宇宙也有“宜居”處

如果地球上的某個(gè)地方氣候宜人，山清水秀，那會(huì)是一個(gè)人類(lèi)的宜居之地。宇宙中也有這樣“適宜居住”的地方。在那里，行星表面的溫度既不太高，也不太低，所以水可以呈現(xiàn)液態(tài)，不會(huì)蒸發(fā)殆盡，也不會(huì)始終凝固不化。

以前的探測(cè)結(jié)果是，葛利斯581d的公轉(zhuǎn)周期為83天，由于距它的恒星太遠(yuǎn)，被認(rèn)為其表面難以形成液體水，但新發(fā)現(xiàn)修正了這個(gè)數(shù)據(jù)，顯示其公轉(zhuǎn)周期為66.8天，這表明它的距離實(shí)際上離恒星要近一些，大約為地球和太陽(yáng)距離的四分之一。在這個(gè)距離上，葛利斯581能夠給它的行星更多的熱量，從而使葛利斯581d上有可能形成液態(tài)水。

科學(xué)家們對(duì)這次新發(fā)現(xiàn)高度重視，因?yàn)槠駷橹梗藗冸m然在太陽(yáng)系外發(fā)現(xiàn)了大約350顆系外行星，但絕大多數(shù)都是體積巨大、軌道怪異的巨行星，其中的所謂“類(lèi)地行星”也是要么寒無(wú)比，要么炎熱異常，要指望在這樣的星球上發(fā)現(xiàn)生命是難以想象的。馬約爾等人的發(fā)現(xiàn)是人類(lèi)尋找系外行星的重要一步，表明“適宜居住”的系外行星能夠在宇宙中自然形成并且可能數(shù)量可觀，因此，尋找這樣的“類(lèi)地行星”并非是遙不可及的事情了。

葛利斯581e的公轉(zhuǎn)周期只有3天多一點(diǎn)，離它的恒星太近，所以表面的溫度很高，不可能存在生命。它的非凡意義在于它的質(zhì)量非常接近于地球，這說(shuō)明人類(lèi)發(fā)現(xiàn)類(lèi)似地球大小的系外行星的技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。就在不久以前，人們發(fā)現(xiàn)的系外行星，其質(zhì)量多比葛利斯581e大得多，例如葛利斯581b的質(zhì)量是地球的16倍，葛利斯581c的質(zhì)量是地球的5倍。2008年6月，瑞士日內(nèi)瓦天文臺(tái)的科學(xué)家宣布他們發(fā)現(xiàn)了5顆系外行星，其中3顆的質(zhì)量分別是地球的4.2倍、6.9倍和9.4倍。天文學(xué)家們把遠(yuǎn)大于地球但小于地球10倍質(zhì)量的巖石行星稱(chēng)為“超地球行星”。人類(lèi)目前正處在發(fā)現(xiàn)“超地球行星”的階段，在這一階段上，發(fā)現(xiàn)像木星這樣的大行星已經(jīng)不在話下，但離發(fā)現(xiàn)地球大小的行星還有些距離。

葛利斯581e質(zhì)量不到地球兩倍，它的發(fā)現(xiàn)是天文探測(cè)技術(shù)精度大幅度提高的結(jié)果，而由于“科羅”和“開(kāi)普勒”空間望遠(yuǎn)鏡的升空，人們已經(jīng)可以用更先進(jìn)的“凌星”法尋找系外行星了，所以現(xiàn)在看來(lái)，找到接近地球大小的系外行星就更加可以期待了。

尋找“類(lèi)地行星”

加利福尼亞大學(xué)的杰夫·馬爾西是尋找系外行星的“高手”，他深知尋找系外行星的艱難，特別是質(zhì)量與地球相差不大的小型“類(lèi)地行星”。20多年前，這位天文學(xué)家用了8年時(shí)間搜索星空，他希望通過(guò)觀測(cè)恒星的“搖擺”尋找到一顆系外行星。由于行星不發(fā)光，又處在恒星光芒的掩映之中，所以用當(dāng)時(shí)的望遠(yuǎn)鏡無(wú)法從地球上直接看到系外行星，天文學(xué)家們只能通過(guò)間接的方法尋找它們。他們觀測(cè)恒星的運(yùn)動(dòng)，假若一顆恒星出現(xiàn)一種周而復(fù)始的“搖擺”，那么這顆恒星的周?chē)陀锌赡艽嬖谥行牵驗(yàn)椤皳u擺”很可能是由行星的引力造成的。1995年，馬爾西和保羅·巴特勒找到了兩顆系外行星，分別是大熊座47b和室女座70b，但他們并不是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)系外行星的人，就在他們發(fā)現(xiàn)了這兩顆系外行星的前兩個(gè)星期，瑞士日內(nèi)瓦天文臺(tái)的兩位天文學(xué)家邁克·馬約爾和戴迪爾·奎洛茲在飛馬座51周?chē)l(fā)現(xiàn)了飛馬座51b，它是人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的第一顆系外行星。

系外行星相距我們十分遙遠(yuǎn)，又處在恒星的光芒之下，所以發(fā)現(xiàn)它們實(shí)屬不易。天文學(xué)家們打比方說(shuō)，發(fā)現(xiàn)系外行星就好比在幾千米開(kāi)外去尋找一只在探照燈邊飛翔的螢火蟲(chóng)一樣，其難度是可想而知的。好在近幾年來(lái)，新技術(shù)層出不窮。2005年8月，天文學(xué)家通過(guò)“引力微透鏡”技術(shù)發(fā)現(xiàn)了一顆質(zhì)量為地球5.5倍的系外行星，它也是當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的最小的系外“類(lèi)地行星”。這顆星的“太陽(yáng)”也是一顆紅矮星。由于這顆紅矮星非常暗淡，導(dǎo)致其行星表面溫度可能低至零下220攝氏度，所以存在生命的可能性幾乎沒(méi)有。

“引力微透鏡”是一種尋找系外行星的新方法，適用于尋找較小的行星，其原理是根據(jù)天體引力使光線彎曲而形成的所謂“引力透鏡”的放大效應(yīng)來(lái)發(fā)現(xiàn)系外行星。2008年6月2日，科學(xué)家用“引力微透鏡”方法又發(fā)現(xiàn)了一顆質(zhì)量為地球3.3倍的系外行星。這是科學(xué)家運(yùn)用這種技術(shù)發(fā)現(xiàn)的第七顆系外行星。

2009年2月，歐洲空間局宣布說(shuō)，“科羅”衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)了一顆直徑小于兩倍地球的系外行星，他們將這顆星命名為COROT－Exo－7b，這是人們采用“凌星”法發(fā)現(xiàn)的最接近于地球大小的系外行星，“凌星”法的工作原理是捕捉行星經(jīng)過(guò)恒星表面時(shí)恒星光度的微弱變化。科學(xué)家們推測(cè)，COROT－Exo－7b有可能擁有類(lèi)似地球的巖石結(jié)構(gòu)，表面非常熱，雖然不會(huì)有生命，但在物質(zhì)結(jié)構(gòu)上很像地球，是一顆類(lèi)似地球大小的“類(lèi)地行星”，這表明，宇宙中類(lèi)似地球大小的巖石行星是存在的，而且已經(jīng)能夠?yàn)槲覀兯业搅恕?/p>

是奇跡還是常態(tài)

實(shí)際上，迄今發(fā)現(xiàn)的所謂“類(lèi)地行星”都并不是嚴(yán)格地類(lèi)同于地球，盡管它們中的一些可以勉強(qiáng)被稱(chēng)為“類(lèi)似地球大小的巖石行星”，但其上的環(huán)境不是太冷就是太熱，即便是葛利斯581d這顆被認(rèn)為可能存在液態(tài)水的行星也并不是那樣“適于居住”。它的質(zhì)量是地球質(zhì)量的7倍，這樣大的質(zhì)量很難形成類(lèi)似地球這樣的巖石表面，當(dāng)然，它也不可能是像木星那樣的氣態(tài)巨行星，因?yàn)橐纬蛇@種行星，它的質(zhì)量又太小了，所以科學(xué)家們推測(cè)，葛利斯581d很可能類(lèi)似于天王星或海王星，它的表面覆蓋著冰冷的海洋、氨和甲烷。

盡管由于技術(shù)的進(jìn)步，今天我們已經(jīng)能夠越來(lái)越頻繁地發(fā)現(xiàn)“類(lèi)地行星”了，但老實(shí)說(shuō)，要真正找到一顆完全意義上的“類(lèi)似地球”的行星恐怕還是非常困難的。許多科學(xué)家充分意識(shí)到了這一點(diǎn)，他們堅(jiān)持認(rèn)為，我們的地球即使在宇宙中不是唯一，也堪稱(chēng)奇跡。這是因?yàn)椋谟钪嬷幸纬梢粋€(gè)“地球”，必須在包

括溫度、質(zhì)量、距離、軌道類(lèi)型、物質(zhì)組成等所有方面都處在“恰到好處”的狀態(tài)上，稍有差錯(cuò)便難以形成真正的“地球”。而且，上述所有這些“恰到好處”的因素都必須在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里保持不變，只有這樣，生命才能得到充足的時(shí)間從低級(jí)向高級(jí)進(jìn)化和發(fā)展。至于智慧生命的產(chǎn)生，那當(dāng)然就更堪稱(chēng)奇跡中的奇跡了。

想想這些“恰到好處”的因素都是在偶然中無(wú)一例外地湊在一起的，哪怕有一個(gè)因素出了問(wèn)題，地球就會(huì)遭到類(lèi)似生物大滅絕這樣的滅頂之災(zāi)，我們便可以知道，要在茫茫宇宙中找到另一個(gè)“地球”是多么困難了，從這個(gè)意義上說(shuō)，我們的地球真可謂集宇宙之萬(wàn)千恩寵于一身，是大自然真正的幸運(yùn)兒。

不過(guò)宇宙中畢竟產(chǎn)生了一個(gè)地球，既然產(chǎn)生一個(gè)地球，那么第二個(gè)、第三個(gè)乃至于第無(wú)數(shù)個(gè)難道就不能產(chǎn)生嗎?持有這種觀點(diǎn)的人認(rèn)為，宇宙既然如此遼闊，我們就不能認(rèn)為在茫茫宇宙中的另一些地方?jīng)]有形成其他“地球”的“恰到好處”的環(huán)境。從理論上說(shuō)，這也是沒(méi)有錯(cuò)的。

目前，不少科學(xué)家似乎有了一個(gè)共識(shí)，那就是，宇宙中的低級(jí)生命也許是常見(jiàn)的，但智慧生命恐怕極為稀少，因?yàn)榈图?jí)的生命，如微生物等能在嚴(yán)酷的環(huán)境中生存，但高級(jí)生命，尤其是智慧生命則需要極舒適的環(huán)境和長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)化，能在環(huán)境的舒適性和穩(wěn)定性上滿足高級(jí)生命存在的星球恐怕不會(huì)太多。

“達(dá)爾文”計(jì)劃

盡管今天的望遠(yuǎn)鏡已能直接拍攝到了系外行星圍繞它們的恒星運(yùn)行的圖景，但那些行星還是很大，比木星大得多，而且離它們的“太陽(yáng)”很遠(yuǎn)，最近的為24個(gè)天文單位，晟遠(yuǎn)的為119個(gè)天文單位，而要用望遠(yuǎn)鏡直接為一顆和地球一般大小，且距中心恒星的距離又與地球相近的“類(lèi)地行星”成像，則要求望遠(yuǎn)鏡在同等條件下能看到比現(xiàn)在成像的行星小3000倍的物體，而且不會(huì)因恒星光線的掩蓋而看不到它們，要做到這一點(diǎn)，即使動(dòng)用目前世界第一巨鏡——坐落于西班牙加那利群島上的10.4米口徑的大型望遠(yuǎn)鏡也望塵莫及。

不過(guò)，下一代巨鏡會(huì)做得更好。今天，許多計(jì)劃已經(jīng)在科學(xué)家們的頭腦中形成，有些正在實(shí)施和即將實(shí)施。“類(lèi)地行星搜尋者”是美國(guó)宇航局計(jì)劃于2014年發(fā)射的尋找“類(lèi)地行星”的探測(cè)器，它由兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡組成，其分辨率是哈勃望遠(yuǎn)鏡的100倍，可在紅外和可見(jiàn)光波段上搜索“類(lèi)地行星”，并具備觀測(cè)行星大氣的能力。然而由于資金的原因，這個(gè)計(jì)劃被擱置了下來(lái)，與之關(guān)系密切的“SIM行星搜尋”項(xiàng)目也被同時(shí)推遲。但歐洲空間局的“達(dá)爾文”計(jì)劃則預(yù)計(jì)于2015年實(shí)施，美國(guó)宇航局很有可能與歐洲聯(lián)手推行“達(dá)爾文”計(jì)劃。“達(dá)爾文”包括4－5艘探測(cè)器，其中3－4艘探測(cè)器上裝有口徑3－4米的太空望遠(yuǎn)鏡，它們組合起來(lái)等同于一架巨型望遠(yuǎn)鏡。科學(xué)家預(yù)計(jì)，“達(dá)爾文”不僅能發(fā)現(xiàn)地球一般大小的行星，而且還能對(duì)它們直接成像，并分析它們的大氣中是否包含支持生命存在的化合物，包括水、甲烷和氧氣等。

葛利斯581離地球并不遠(yuǎn)，距地球只有20.5光年，但它還不是離我們最近的恒星。離我們最近的恒星是半人馬座阿爾發(fā)星，距我們只有4.37光年，在宇宙中，這個(gè)距離堪稱(chēng)“近若比鄰”，但這個(gè)距離卻是地球和太陽(yáng)距離的27.6萬(wàn)倍。假若以現(xiàn)在的技術(shù)，讓一艘航天器前往半人馬座阿爾發(fā)星，它要在路途上航行十幾萬(wàn)年。

由此看來(lái)，人類(lèi)花巨資去探測(cè)那些動(dòng)輒幾十光年開(kāi)外的星球?qū)嵲诓⒉皇菫榱说侥抢锶ィ辽龠@種事在相當(dāng)長(zhǎng)的歷史階段里根本做不到。自哥白尼將地球的宇宙中心地位否定之后，人類(lèi)一直在思考地球、生命和宇宙之間的關(guān)系。我們是唯一的智慧生命嗎?地球是獨(dú)一無(wú)二的嗎?我們?cè)谟钪嬷芯烤故且环N怎樣的存在呢?人類(lèi)渴望獲得答案，于是謀求對(duì)宇宙擁有更多的認(rèn)識(shí)。認(rèn)識(shí)宇宙就是認(rèn)識(shí)我們自己，認(rèn)識(shí)系外行星更有助于認(rèn)識(shí)我們自己的星球。是人類(lèi)的求知欲和追求真理的本能引領(lǐng)我們不停探索，永不言棄。

責(zé)任編輯龐云