尋找第二家園

諸葛士元

如果“開(kāi)普勒”最終發(fā)現(xiàn)宜居帶中的類(lèi)地行星極少或沒(méi)有，那也是一項(xiàng)意義深遠(yuǎn)的發(fā)現(xiàn)，這說(shuō)明地球可能是宇宙中的一個(gè)特例，人類(lèi)可能是宇宙中尚存的唯一生命。

實(shí)際上，人類(lèi)很早就開(kāi)始尋找除地球以外的宜居星球，其原因是多方面的，例如，尋找地外生命，從而深入研究生命、地球、太陽(yáng)系乃至宇宙起源和演化，以及人類(lèi)在宇宙中的地位和最終的命運(yùn);解決地球上存在的一些難以解決的問(wèn)題，例如，到2050年，全球人口總數(shù)將從現(xiàn)在的68億增長(zhǎng)到90多億，因此有些科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)始研究向外空移民的方案了，這就要求找一個(gè)宜居的星球作為人類(lèi)的第二家園。有的星球以前可能與地球很類(lèi)似，但經(jīng)過(guò)幾十億年的演化變成大氣層稀薄、溫度較低、水源枯竭等不適合宜居了，研究其演化過(guò)程，可以預(yù)知地球的未來(lái)，并提前采取措施，防止地球像它一樣變成人類(lèi)難以生存的星球，等等。

兩種探索手段

目前，人類(lèi)探索太空主要采用兩種手段，一是天文觀測(cè)，二是空間探測(cè)。天文觀測(cè)就是用望遠(yuǎn)鏡在地面或地球軌道觀測(cè)宇宙中的星球和星際空間，其特點(diǎn)是能看得很遠(yuǎn)、很廣，例如，“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)距離可達(dá)140億光年，但是由于距離遠(yuǎn)，采用這種方式看得不清楚，無(wú)法了解地外星球的細(xì)節(jié)，適用對(duì)宇宙進(jìn)行普查。

空間探測(cè)就是發(fā)射空間探測(cè)器飛往地外星球進(jìn)行近距離觀測(cè)、就地考察甚至采樣返回地球，其特點(diǎn)是能夠詳細(xì)了解目標(biāo)星球方方面面，對(duì)它進(jìn)行全面而深入的研究，但是由于技術(shù)的原因，不能飛得很遠(yuǎn)，目前僅限于在太陽(yáng)系內(nèi)，適合對(duì)太陽(yáng)系進(jìn)行詳查。“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的冥王星照片的分辨率為500千米，而2015年7月14日飛掠冥王星的“新視野”探測(cè)器拍攝的冥王星照片的分辨率為80米。所以，天文觀測(cè)和空間探測(cè)各有千秋，可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，因此現(xiàn)在都在用于太空探索。

尋找地外宜居星球還有一種方式，那就是尋找外星人，因?yàn)橥庑侨撕苡锌赡鼙鹊厍蛉诉M(jìn)化許多，掌握了地球人難以想象的先進(jìn)技術(shù)，住在更宜居的星球。這項(xiàng)工作早已通過(guò)天文觀測(cè)和空間探測(cè)的方式開(kāi)展。

在天文觀測(cè)方面，已開(kāi)展過(guò)多種探索，其中最著名的事例發(fā)生在1974年，當(dāng)時(shí)美國(guó)科學(xué)家用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，描述了地球上的氫、氧、氮、氦、煤等結(jié)構(gòu)，利用位于波多黎各的304米射電望遠(yuǎn)鏡將這些信號(hào)發(fā)向太空，以期被外星人接收。

突破倡議

今年7月20日，英國(guó)著名科學(xué)家霍金與俄羅斯億萬(wàn)富豪尤里·米爾納共同宣布啟動(dòng)“突破倡議”項(xiàng)目，準(zhǔn)備歷時(shí)10年，耗資1億美元，通過(guò)掃描宇宙的方式搜尋外星智慧生命。

該項(xiàng)目的第一部分是“突破聆聽(tīng)”，即尋找可能由外星人制造的信號(hào)，無(wú)論這些信號(hào)是外星人故意發(fā)送的，還是它們的廣播或電視節(jié)目泄露的，目標(biāo)是100萬(wàn)個(gè)最近的恒星系統(tǒng)、銀河系核心和銀道面以及100個(gè)最近的星系。他們將使用世界上最大的兩個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡——位于美國(guó)西弗吉尼亞州的格林班克望遠(yuǎn)鏡和位于澳大利亞新南威爾士州的帕克斯天文臺(tái)，以500兆赫～15吉赫的頻率對(duì)宇宙進(jìn)行搜索，掃描頻率范圍比以前擴(kuò)大了幾乎5倍，搜索效率將是以往的100～1000倍。

同時(shí)，更強(qiáng)大的計(jì)算能力將幫助科學(xué)家們?cè)诟鼘挼念l率范圍內(nèi)同時(shí)分析數(shù)據(jù)，以期找到一個(gè)信號(hào)。如果接收到這樣的信號(hào)，說(shuō)明對(duì)方的進(jìn)步程度跟人類(lèi)差不多。如果某個(gè)外星文明的技術(shù)過(guò)于超前，完全超出了人類(lèi)的理解，人類(lèi)也無(wú)法探測(cè)得到。如該項(xiàng)目真能搜索到地外文明的信號(hào)，接下來(lái)人類(lèi)將真正面臨至關(guān)重要的問(wèn)題：兩個(gè)文明之間能不能進(jìn)行交流？有專(zhuān)家認(rèn)為，星際空間里，無(wú)線電交流是一種效率很低的方式。“新視野”發(fā)回一張照片就需要4個(gè)半小時(shí)，還是在太陽(yáng)系內(nèi);以光速?gòu)牡厍虻阶罱暮阈亲咭粋€(gè)來(lái)回尚且需要8年半時(shí)間。因此，跟外星文明進(jìn)行交流還是件遙遠(yuǎn)的事情。

該項(xiàng)目的第二部分是“突破信息”，即進(jìn)行一場(chǎng)獎(jiǎng)金高達(dá)100萬(wàn)美元的競(jìng)賽——設(shè)計(jì)一條代表地球人的物種和家園的信息送入太空。

在空間探測(cè)方面，人類(lèi)還數(shù)次借助空間探測(cè)器將地球信息送向深空，以期望與外星人取得聯(lián)系。例如，1972年、1973年美國(guó)先后發(fā)射的先驅(qū)者10號(hào)和11號(hào)，就分別帶有表明地球方位和大致特征的“名片”，上面畫(huà)著地球人的形象、太陽(yáng)系相對(duì)于14顆脈沖星的位置、地球的方位等。科學(xué)家認(rèn)為，它們經(jīng)過(guò)800萬(wàn)年的飛行后，可能與存在生命的恒星或行星系相會(huì)。

1977年美國(guó)發(fā)射的旅行者1號(hào)和2號(hào)，都攜帶了一張名為“地球之音”的銅質(zhì)“光盤(pán)”。龐之浩說(shuō)，該盤(pán)直徑30.5厘米，表面鍍金，音質(zhì)可保存10億年。一面錄制了美國(guó)總統(tǒng)和聯(lián)合國(guó)秘書(shū)長(zhǎng)的賀辭，和用55種人類(lèi)語(yǔ)言錄制的問(wèn)候語(yǔ)，其中包括普通話(huà)、閩南語(yǔ)、粵語(yǔ)和吳語(yǔ)四種中國(guó)方言。

唱片中還有包括中國(guó)古曲《流水》在內(nèi)的27首世界名曲，以及火山爆發(fā)、滂沱大雨、海浪、鳥(niǎo)啼蟲(chóng)鳴、嬰兒啼哭等35種地球自然界的聲音，以表示地球發(fā)展歷史。另一面錄制了包括中國(guó)長(zhǎng)城和中國(guó)家宴在內(nèi)的116幅照片，反映太陽(yáng)系方位、地球人的細(xì)胞組成、男女性別以及風(fēng)土人情等。其中旅行者1號(hào)已成為世界上第一個(gè)飛出太陽(yáng)系的探測(cè)器，估計(jì)能工作到2025年。旅行者2號(hào)在2010年4月22日運(yùn)行至太陽(yáng)系邊緣時(shí)，發(fā)回了一些奇怪的信號(hào)，至今無(wú)法破解。一位德國(guó)UFO專(zhuān)家據(jù)此斷言，該探測(cè)器被外星人劫持，程序被重新編寫(xiě)。而美國(guó)國(guó)家航空航天局專(zhuān)家則認(rèn)為可能是飛船上的存儲(chǔ)系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

今年7月14日飛掠冥王星的“新視野”探測(cè)器攜帶了來(lái)自世界各地的照片、聲音、文字甚至電腦程序，它在2019年抵達(dá)太陽(yáng)系邊緣的柯伊伯帶之后，會(huì)主動(dòng)將這些信息通過(guò)無(wú)線電波發(fā)送出去。

有專(zhuān)家認(rèn)為利用空間探測(cè)器尋找外星人，如同向茫茫大海投放漂流瓶。在廣袤無(wú)垠的太空中，一個(gè)小小的空間探測(cè)器發(fā)出的訊息能被外星文明獲取的幾率極小，不能算作真正意義上尋找外星人的方式。

什么樣的行星宜居？

生命起源和其他世界的宜居性是當(dāng)今科學(xué)界面臨的兩個(gè)最大的謎。有科學(xué)家通過(guò)試驗(yàn)和研究稱(chēng)，類(lèi)地行星、類(lèi)火星行星、類(lèi)木衛(wèi)二行星等行星適合人類(lèi)居住，而且每種類(lèi)型的宜居行星成為地外生物體的棲息場(chǎng)所的可能性各不相同。

類(lèi)地行星的顯著特征是：大氣濃度適當(dāng)，擁有液態(tài)水、適中的溫度和穩(wěn)定的氣候。類(lèi)火星行星是那些以前曾與地球類(lèi)似（如火星和金星），它們?nèi)杂锌赡艽嬖谏Ｄ拘l(wèi)二是擁有液態(tài)水的水世界，不過(guò)這些水都隱藏在冰層下，而不是在行星表面流淌。有科學(xué)家表示，尋找類(lèi)地行星是找到太陽(yáng)系外的生態(tài)系統(tǒng)的最好方法，但類(lèi)地行星并不是高等生命所必需的。

一顆適于生命居住的行星必須滿(mǎn)足諸多條件，其中一個(gè)最為常見(jiàn)的條件就是行星表面存在液態(tài)水，決定這一條件的主要因素是行星所在星系的類(lèi)型，即恒星體積、有效溫度和行星軌道。第二個(gè)影響宜居性的因素便是行星的體積與質(zhì)量，質(zhì)量大約不及地球一半的行星無(wú)法擁有足夠的表面重力以牢牢“鎖住”維持生命的大氣層;質(zhì)量大約是地球10倍的行星雖然能夠擁有足夠的表面壓力，但同時(shí)也“鎖住”重量最輕同時(shí)數(shù)量也最多的元素——?dú)浜秃ぃ罱K成長(zhǎng)為氣態(tài)巨星。其他影響宜居性的因素包括大氣的數(shù)量和構(gòu)成（影響行星溫度并保護(hù)其免受紫外線和宇宙射線侵害），以及所在行星系統(tǒng)內(nèi)的衛(wèi)星及巨行星的影響，如是否可以保護(hù)其免受小行星撞擊等。

現(xiàn)在，人類(lèi)通過(guò)空間探測(cè)器已基本了解了太陽(yáng)系內(nèi)的各類(lèi)行星，包括一些矮行星。就目前來(lái)看，火星是最適合地球人移民的星球，因?yàn)樗c地球最為相似，尤其是有大氣，但也需要通過(guò)大規(guī)模改造，才能成為人類(lèi)第二個(gè)家園，估計(jì)以目前的技術(shù)發(fā)展速度，還需要等800年。月球雖然離地球最近，運(yùn)行在太陽(yáng)系內(nèi)的宜居帶，但月球上沒(méi)有水，所以難以改造適合移民的星球。

在搜尋太陽(yáng)系外的類(lèi)地行星方面，“開(kāi)普勒”是目前的最佳利器。太陽(yáng)系外各恒星的發(fā)光量差別很大，一般把它們分為三大類(lèi)，即A類(lèi)、G類(lèi)和M矮星。A類(lèi)恒星溫度最高，宜居帶離恒星更遠(yuǎn)。G類(lèi)恒星的宜居帶與地球軌道相近，軌道周期約在1年上下。M矮星則處在另一個(gè)極端，放出的能量較少，所以宜居帶相應(yīng)較近，軌道周期要短很多。“開(kāi)普勒”主要觀測(cè)G類(lèi)恒星宜居帶中的行星。

無(wú)論“開(kāi)普勒”是否有發(fā)現(xiàn)第二個(gè)地球，這一項(xiàng)目均具有重要意義。其發(fā)現(xiàn)結(jié)果可決定未來(lái)幾年太空探險(xiǎn)任務(wù)的方向，讓天文學(xué)家知道，究竟該不該花費(fèi)力氣尋找第二個(gè)地球和外星生物。

如果發(fā)現(xiàn)較多類(lèi)地行星，則意味著生命在銀河系內(nèi)可能很普遍，并為未來(lái)的任務(wù)指明道路，掀起一股仔細(xì)研究這些行星的熱潮，人類(lèi)將研究太陽(yáng)系外類(lèi)地行星是否存在其他和生命有關(guān)的證據(jù)。科學(xué)家可利用今后研制的空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)一步詳細(xì)觀測(cè)，如果接下來(lái)發(fā)現(xiàn)這些行星上存在水或氧氣的化學(xué)特征，意味著可能有生命存在。比如，美歐將分別實(shí)施“類(lèi)地行星發(fā)現(xiàn)者”和“達(dá)爾文”計(jì)劃，它們計(jì)劃在2020年前發(fā)射用于觀測(cè)位于恒星宜居帶中的行星，主要目標(biāo)是觀測(cè)那些穿過(guò)行星大氣的光線的光譜，以此來(lái)尋找和生命有關(guān)的氧和其他化學(xué)成分的信號(hào)。

如果“開(kāi)普勒”最終發(fā)現(xiàn)宜居帶中的類(lèi)地行星極少或沒(méi)有，那也是一項(xiàng)意義深遠(yuǎn)的發(fā)現(xiàn)，這說(shuō)明地球可能是宇宙中的一個(gè)特例，人類(lèi)可能是宇宙中尚存的唯一生命。這也將意味著不可能有什么‘星球大戰(zhàn)’。”專(zhuān)家說(shuō)，“開(kāi)普勒”不會(huì)發(fā)現(xiàn)什么外星人，但會(huì)有助于發(fā)現(xiàn)外星人的家園。此后，人類(lèi)要探測(cè)更遙遠(yuǎn)的類(lèi)地行星，這將在技術(shù)上存在很大的障礙，而且也需要花很長(zhǎng)的時(shí)間。