在我們人類生活著的地球之外,是浩渺無垠的宇宙。宇宙是一個無邊無際、無始無終的時空。人類對宇宙的認識,最早是從地球開始的,再從地球擴展到太陽系。太陽系所占的空間直徑約有120億千米。比太陽系更大的是銀河系,銀河系的直徑有10萬光年。在銀河系里,大大小小的恒星有1000多億顆。銀河系還不算很大,現今已發現10億多個和銀河系同樣龐大的恒星系統,我們叫它“河外星系”。所有的河外星系又構成更為龐大的總星系。總星系同樣在宇宙中也只不過占了一個微不足道的位置。
不平凡的地球
地球是一顆極不平凡的星球,有郁郁蔥蔥的崇山峻嶺,有奔騰咆哮的江河大海,還有生機勃勃的生物界。地球的非凡之處,不在于它的內部結構而在于它的外部圈層。首先,地球被一層厚厚的大氣圈所包圍。正是由于大氣中有氧和二氧化碳的存大,才使得地球上的生物能夠生存下去。其次,地球擁有生命的搖籃水圈。地球上除了在大氣圈內存在著氧、二氧化碳以及生命誕生所必需的水以外,還在于它在太陽系中處于十分幸運的位置。在圍繞太陽旋轉的8大行星中,水星最靠近太陽、金星次之,這兩大行星的表面溫度都在480℃以上,生命難以誕生和存活。而地球與太陽距離適中,加之地球自轉軸與地球公轉軌道面不垂直而產生的四季變化,這一切都為地球上生命的誕生提供了最適宜的溫度。
地球在8大行星中,大小排行第四。對于生命來講,適合生存的星體大小必須合適。太小,難以約束住有足夠厚度的大氣。沒有大氣的行星,行星表面暴露在宇宙射線和紫外線的直接照射之下,這足以破壞掉構成生物的那些分子,不利于生命生存。而且,如果行星太小,行星內部很快就已冷卻,會過早停止火山活動,從而也就失去了能夠保持行星大氣溫度的CO。等溫室氣體的來源。行星太大,就會大量吸積周圍的氣體,最后形成像木星那樣的巨型氣體行星。即使沒有成為巨型氣體行星,過大的行星,由于下面的兩個理由,整個行星都會被一層水包裹著。第一個理由是,由于引力過于強大,行星表面缺少起伏:第二個理由是,構成行星的原材料物質較多,因而水量也較多。一個完全被水包裹著的行星,它的氣溫必然是極不穩定的。行星經常會通過火山活動從內部獲得CO。即使被水包裹著的行星,發生在海底的火山爆發同樣也能夠向它的大氣提供CO。大量的CO能夠通過溫室效應為行星保溫。如果只有從內部源源釋放出來的CO,卻沒有將其消耗的機制的話,CO:濃度就會不斷上升,溫室效應越來越強,行星最后必然會變成灼熱狀態。完全被水包裹著的行星缺乏消耗CO的機制,最后的結局便只能這樣。
地球有一顆衛星——月球,同地球的大小相比,這是一個非常大的衛星。一顆行星如果有一顆大衛星的話,對生命是十分有利的。大衛星能夠限制行星自轉軸的移動。使之晃動較小,從而防止氣候出現大的變動,保持環境穩定。這樣的條件有利于生命的誕生,更是已經誕生出來的生命能夠順利進化的必要條件。
此外,地球的自轉速度也是一個不可忽略的因素。地球是由于地球自轉帶動行星內部的金屬核轉動才具有磁場。自轉速度快,產生的磁場就強:自轉速度慢,產生的磁場就弱。實際上,金星的自轉速度非常慢,所以它根本就沒有磁場。地球磁場的存在,防止對生物有害的宇宙射線大量照射到地球表面。所以,地球自轉所產生的磁場對地球上的生命也是一個必要條件。
第二個地球在哪里?
目前,全世界的天文學家正積極去發現符合生命存在條件的“第二個地球”。在廣闊無垠的宇宙中,整個太陽系又不過像大海中的一滴水珠。尋找太陽系外的行星目前采用了3種方法。
首先,利用多普勒效應測定“恒星的搖擺運動”。如果恒星的周圍有行星圍繞著它公轉的話,在行星公轉運動的影響下,該恒星就會做周期性的搖擺運動。恒星的這種搖擺運動的幅度十分微小,但是,在地球上接受到的來自該恒星的光的波長就會發生變化(多普勒效應)。檢測到這種變化就等于間接發現了行星。到目前為止,在太陽系外發現的大多數行星都是使用這種方法發現的。不過這種方法也有缺點,那就是只能發現距離恒星比較近的、質量較大的行星,也就是說,如果行星具有的質量小于某個下限值,就難以被發現。
其次,觀測行星橫穿過恒星前面時因為掩蔽了恒星向地球發出的部分光而略微變暗的現象。這種方法的優點是能夠比較準確地估算出行星的質量,缺點是只能觀測到從地球望去公轉面與視線平行的行星。
還有就是“直接觀測”。眾所周知,行星自身不發光,在近旁發光恒星的眩光下是很難被直接觀測到的。近年來,使用了巧妙地遮擋住來自中心恒星的光進行觀測的“日冕儀”拍攝技術,再配合使用能夠校正由于地球大氣晃動所引起的成像畸變的“補償光學”等技術,已經有可能直接捕捉到來自行星所反射的光。不過,若要觀測到像巖石型那樣比較小的行星,則還需要進一步提高望遠鏡的分辨能力。美國宇航局和歐洲空間局曾經制訂過一項制造這種專門用來觀測太陽系外行星的望遠鏡的計劃,由于沒有解決預算問題,至今尚未能付諸執行。
直接觀測的優點是能夠確定所觀測到的行星的大氣的成分。例如,如果測定出大氣中含有臭氧,那就可以斷定觀測到的行星上面存在著大量的氧氣。行星的大氣中有大量的氧氣,該行星有生命活動的可能性自然就很大。
將來,觀測能力肯定還會得到進一步提高。到那時,便有可能發現地球之外存在著生命的證據。我們今天在這里構想在宇宙的某個地方存在著的“第二個地球”會是什么樣子,其實也就是在盼望發現地外生命的日子能夠盡快到