尋找新地球

■ 李有觀

在大家眼中看來，現在的宇宙中只存在一個地球。但是過不了多久，可能會出現一個新地球，接著又出現一個。

人類用了數千年的時間來研究地球，又用了幾個世紀去探索與地球相鄰的行星，直到現在，每星期都有新的世界被發(fā)現。迄今為止，天文學家確定的圍繞其他太陽系旋轉的行星已經有370余顆。許多人感到好奇，以至于對英國生物學家約翰·波頓·霍爾丹的名言深信不疑：“宇宙不僅比我們想象到的更奇妙，甚至比我們想象不到的更奇妙。”

在距離地球260光年的地方，有一顆形狀類似伊卡洛斯（古希臘神話中的人物，擁有一對蠟制翅膀） 的“熱土星”，它圍繞著自己的恒星飛速旋轉，其旋轉一圈的時間不到3天；而另一顆遠在150光年之外的“熱木星”卻幾乎被烤焦了，其高層大氣向外噴發(fā)，形成一個龐大、狀如彗星的尾巴。還有三顆暗無天日的行星一直在圍繞一顆脈沖星旋轉，而這顆昔日耀眼的、巨大的脈沖星如今的大小就像一座城市，圍繞著原子核高速旋轉。除此之外，還有無數身世不明的星體不是被太陽吞噬，就是被自己的系統(tǒng)拋棄，成為游蕩在永恒黑暗中的“無家可歸者”。

專家們希望在這些宇宙怪物中尋找到這樣的行星：與地球相似，距離自己的恒星既不太遠也不太近，恰到好處，以便維持人類所知的生命。但是這樣的行星尚未被發(fā)現，大概是因為它們太不顯眼了。要知道，想在耀眼的星光中發(fā)現一顆渺小而且暗淡如地球的行星，就像在煙花齊放的時候找到一只螢火蟲；同樣，要檢測其對恒星產生的引力作用，就像在呼嘯的旋風中聆聽蟋蟀的鳴叫。但令人高興的是，天文學家借助新技術正在快速地接近這一天：發(fā)現新的地球，找到生命跡象。

已經拍攝到的太陽系以外的行星有11顆，它們體積大，亮度高，處在遠離自己恒星的合適位置。其余大部分行星已經被光譜多普勒技術探測到，通過星光分析得到的證據顯示，它們的恒星正受到其行星引力的輕微推拉。近年來，天文學家對多普勒技術進行了改進，現在他們能夠探測到恒星每秒1米的位置變化，這相當于人步行的速度。然而，采用這種技術雖然足以探測到運行在大軌道上的巨型行星或者距離恒星非常近的小行星，但是如果類似地球的行星距離其恒星有150萬千米之遙，則無法探測到。按比例來推算，地球圍繞太陽旋轉的速度大約相當于人步行速度的1/10，或者相當于在地上爬行的嬰兒。當如此微弱的光信號從一顆遙遠的恒星傳來時，天文學家是無法捕獲的。

還有一種方法是觀察恒星亮光中出現的微弱的周期性明亮變化。假如有行星在繞著它旋轉并且阻擋其部分光亮的話，天文學家就能夠捕捉到這種周期性的變化。在所有行星系統(tǒng)中，最多只有1/10可能被定位，其出現的被稱為“過境”的小日食可以在地球上觀察到。這意味著天文學家可能需要耐心等待，以捕捉它們?yōu)閿挡欢嗟摹斑^境”機會。法國的COROT天文衛(wèi)星已經發(fā)現了7顆“過境”行星，其中1顆比地球大70%。

美國的開普勒衛(wèi)星于2008年3月從卡納維拉爾角發(fā)射升空，其身上安裝有一臺口徑為0.95米的大型數碼相機和一臺像素為95兆的探測器。它每30分鐘拍攝一次視野寬闊的照片，在一張照片上可以捕捉從“天津四”（天鵝座第一亮星）到“織女星”之間10萬余顆恒星的亮光。而地面上的計算機則時刻監(jiān)測著所有這些恒星的亮度，一旦探測到可能的“過境”行星出現的亮度變化信號，計算機會馬上提醒人類。

由于行星造成的這種亮度變化可能會被其他現象所仿冒，如某顆變化恒星的脈動或某顆恒星表面大型太陽黑子的移動，因此科學家一般不會急于宣布某顆行星的存在，除非它的“過境”行動被觀察到至少三次。這種等待少則數天或數周（當行星迅速接近恒星時），長則數年（在平面上旋轉一周）。天文學家希望通過結合開普勒的衛(wèi)星數據和多普勒技術的觀測結果，以此來確定“過境”行星的直徑和質量。如果他們能成功地發(fā)現一個巖石行星，其體積大約與地球相同，而且在可居住區(qū)域的軌道運行（與恒星的距離沒有近到上面的水被烤干，也沒有遠到水被完全凍結成冰），他們就找到了生物學家所認為的存在生命的希望之地。

最好的搜尋之地也許是比太陽小得多的矮星。這類星體的數量眾多（與地球靠得最近的10個恒星中有7個是M矮星），它們有存在時間長、狀態(tài)穩(wěn)定等優(yōu)勢，可以為可能存在生命的行星提供穩(wěn)定的陽光。

對于致力于尋找新地球的科學家來說最關鍵的一點是：恒星的光線越暗淡，離其可居住地區(qū)就越近。因為暗淡的矮星就像小小的篝火，露營者必須坐在一起才能感到舒服。因此，觀察“過境”現象的科學家就會更快地捕捉到它們了。由于靠近中心的行星對恒星施加的引力更大，這就使得它們的存在更容易被多普勒技術觀測到。事實上，科學家目前發(fā)現的最有前途的行星“超級地球”Gliese581d的體積便是地球的7倍，運行在某顆紅矮星的可居住軌道，而這顆紅矮星的質量是太陽的1/3。

專家認為，如果能夠在其他恒星系的可居住區(qū)域找到類似地球的行星，那么一架專門用于尋找生命跡象的太空望遠鏡就可以大顯身手了。也許有一天，它能采集到來自每個行星的光譜，找到可能的生物學特征（如大氣中的甲烷、臭氧和氧氣），或者找到含有葉綠素的植物反射紅光時產生的“紅邊”。

不過，這里還存在一個問題，那就是直接探測和分析該行星自身的光線可能難度太大，因為其亮度可能只有恒星的1/1010。但是，當行星“過境”時，它們穿過大氣層的閃爍星光能夠顯示其結構成分的痕跡，這很可能會被太空望遠鏡捕捉到。

要對神秘的行星進行化學分析，科學家將面臨巨大的技術挑戰(zhàn)。因此，他們在尋找外星生命時還得牢記，這種生命可能與地球生命迥然不同。此外，沒有“紅邊”現象可能并不意味著在地球之外的行星上一點生命都沒有。要知道，地球上的生命孕育了數百萬年才出現陸地植物，然后各大陸才枝繁葉茂、綠樹成蔭。生命固有的進化過程是如此不可預測，即便在某個行星上最初萌發(fā)的生命與地球上的生命處在同一時間，屬于同一種類，然而時至今日，兩地的生命形式存在巨大的差別幾乎是肯定的。

法國著名的生物學家雅克·莫諾曾經指出，生命的演化不僅是必然（這是普遍的自然法則），而且也是偶然，是無數意外不可預測的干預結果。在地球的歷史上，偶然的機會多次出現，甚至導致數百萬個物種大規(guī)模滅絕，不過在這個過程中，也為新生命的進化創(chuàng)造了空間。這些危險的意外事件似乎是由彗星或小行星撞擊地球造成的，最近的一次撞擊發(fā)生在6500萬年以前，導致恐龍滅絕，但為人類遠古祖先的誕生提供了機會。因此，科學家不僅要尋找與現代地球相似的行星，還要尋找與曾經的地球有相似之處的行星。美國哥倫比亞大學天體生物學中心主任凱萊布·沙爾夫指出，“在尋找其他生命跡象的過程中，現代地球可能是我們可以使用的最糟糕的樣板”。

早期的探險家無法到達海洋深處，無法繪制月球另一面的地圖，也無法識別木衛(wèi)冰封表面底下的海洋，更無法發(fā)現其他太陽系行星上的生命。但是現在我們有理由相信，數百萬顆這樣的行星上肯定存在生命，這些生命不僅掌握了與人類一樣廣泛的知識，而且具有與人類一樣豐富的想象力。

千百年來，人類對宇宙的了解實在是太少了，以至于人類容易陶醉于自己的想象中，卻對現實視而不見。現在，隨著科學技術的進步，已經有越來越明顯的跡象表明，大自然的創(chuàng)造力遠遠超出人類。帷幕已經拉開，新的世界將有無數動人的故事要給我們講述。