尋找人類的第二家園

王科超

15-16世紀之交，新航路的開辟和“新大陸”的地理發(fā)現(xiàn)是影響人類歷史發(fā)展進程的重大事件。如今，當人們用新的目光瞄向古老的星空時，尋找適合人類生存的第二家園就成了全人類的期待。

在太陽系的8顆行星中，土星、木星、天王星和海王星是氣態(tài)行星，且距離地球比較遠;水星、金星和火星是固態(tài)行星，屬于類地行星，距離地球比較近。從人類自身的需求考慮，固體行星更利于人類開發(fā)利用，因此也更受科學家們的青睞。

在所有的太陽系天體中，乍看起來，火星很像地球。它是緊靠地球外側運行的行星?；鹦桥c太陽之間的平均距離為1. 52A1f（天文單位），公轉周期為687地球日（1. 88地球年），自轉周期為24小時37分22.6秒，平均火星日為24小時39分35.244秒?；鹦桥c地球相近，也是歪著身子繞太陽旋轉，自轉軸傾角為25. 19度，因此也有四季，只是季節(jié)長度約是地球的2倍?；鹦潜砻嬉部蓜澐殖鰺釒?、南北溫帶、南北寒帶5個氣候帶。火星的內部結構也和地球一樣，從內而外是火星的地核、地幔和地殼，并且表面也擁有一層大氣層。火星上還有平原、火山、峽谷、高原等各種地貌，甚至還有大量的河床、海床和沉積物等地貌，表明這顆紅色星球曾經(jīng)有大量的液態(tài)水存在……所有這一切都在暗示它與地球可能像兄弟一般相似。難怪人們把火星比作是“天空中的小地球”，在火星這個奇妙的舞臺上，寄托著我們的希望和幻想！

火星檔案

不過真正的火星是一個殘酷的世界，它的真實面目遠比我們一廂情愿的認識要復雜得多。

火星到太陽的距離大約是地球到太陽距離的1.5倍，所以火星接收到太陽的光和熱只有地球的43%，火星上的平均溫度大約為55℃，但四季溫差巨大，從冬天的133℃到夏日白天的將近27℃。火星的赤道半徑為3395千米，約是地球的一半。而其體積還不到地球的1/6，質量僅是地球的1/10，重力加速度是地球的1/3多一點，這意味著在火星上被我們大力踢出的足球，足足可以飛到800米開外?；鹦潜砻娴钠骄髿鈮簭姶蠹s為7毫巴，還不到地球（760毫巴）的1%，相當于地球海拔32千米處的大氣壓，人體在沒有防護的情況下置身其中，人會因血液迅速汽化而死亡?；鹦堑拇髿獬煞峙c地球大為不同，稀薄的大氣主要是由遺留下來的二氧化碳（95.3%）加上氮氣（2.7%）、氬氣（1.6%）和微量的氧氣（0.15%）以及水汽（0.03%）組成。稀薄而干燥的大氣層無法阻擋太陽紫外線的輻射，更無法有效防御頻繁的小行星撞擊。

盡管火星的大氣很稀薄，但是火星表面的風速卻不含糊，可高達180米/秒多，每年都要刮起含有大量塵粒的風暴，像巨大的黃龍一般橫掃大地，將火星攪得天昏地暗。大風暴有時會席卷整個星球，火星上空70～80千米都被塵埃所籠罩。干燥異常的大氣加上沙塵暴，使得火星表面大部分成為遍布巖石和砂礫的荒蕪之地?；鹦堑耐寥乐泻写罅康难趸F，由于長期受紫外線的照射，就生成了一層紅色和黃色的氧化物。大氣中的微塵也使天空呈現(xiàn)為橙紅色，整個火星看上去就像是一個生了銹的世界，分外荒涼。

火星荒蕪的真相

目前，所有的科學研究均清晰地表明，火星是一顆“死”行星，火星上沒有生命，也不適合人類直接在上面居住。但是另一方面，在火星上搜集到的大量證據(jù)表明，在遠古的火星上，海洋、河流、足夠的大氣、雷暴等等都是常見的，與今天的地球有著極高的相似度，火星過去很可能擁有生命。那么，是什么原因造就了今天地球是太陽系中唯一擁有生命的行星，而火星卻是一顆生命荒蕪的“死”行星呢？

太陽系內部五顆行星軌道，火星和木星間明顯有個空隙。

火星的荒蕪受多種因素影響，但最重要的一點是個頭，這早在出生時刻就已經(jīng)注定了。現(xiàn)代理論認為，太陽系是從氣體和塵埃組成的原太陽星云收縮演化而來的。在太陽系演化早期，太陽星云的核心形成了太陽，周圍的物質逐漸落入環(huán)繞太陽的原行星盤中，原行星盤內物質吸聚成為小星子，小星子相互碰撞結合又組成了行星胚胎，行星胚胎繼續(xù)吸積軌道周圍的物質，最終生長成為行星。理論上，在木星軌道內越遠離太陽，行星軌道周長越大，能夠吸積的物質越多，最終形成的行星質量就越大。在4顆類地行星當中，居內側運行的3顆行星——水星、金星和地球均符合這一規(guī)律。但是火星的質量卻大幅減小，只有地球的1/10。造成這一結果的“罪魁禍首”就是今天行星中的巨無霸——木星。在太陽系演化早期，由于木星快速演化，周圍物質被大量吞噬，木星引力影響的范圍越來越廣，導致了火星軌道處的物質越發(fā)貧瘠，火星的個頭也因“營養(yǎng)不良”長不大。其實最悲催的還不是火星：找到一張?zhí)栂档缺壤牡貓D，你就會發(fā)現(xiàn)，這火星和木星軌道間的縫隙怎么看都有點大。如果加上主帶小行星的軌道，圖片立刻顯得和諧很多。其實小行星帶那里原本應該存在一顆大行星，但是那里的大部分物質都被木星所吸積了，所剩的“殘羹冷炙”太少，使得行星胚胎無法繼續(xù)生長而保持了小行星的狀態(tài)，那顆“胎死腹中”的行星才是最大的受害者。看來弱肉強食的規(guī)則在行星之間也是成立的。

系外行星

火星的化學組成與地球類似，并且有著與地球相似的形成和早期演化過程，甚至也有過濕潤而適合生命演化的環(huán)境。但它的個頭天生比地球小，注定了它后期的悲涼命運。個頭小這就意味著火星的引力更弱，因此火星大氣中的氣體分子，包括水分子，都從輕而易舉地從火星表面逃逸。同時，較小的引力也意味著火星上的山可以更高，谷可以更深而不會受自身重量崩塌。火星本身較小的尺寸也使得核心放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量更容易散失，內部早早地冷卻，從而使得火星上的火山活動停止，全球磁場也跟著消失。火星缺少了火山活動，大氣層得不到行星內部氣體的補充，而磁場的消失，使得太陽風粒子可以從行星表面直接吹過，加速大氣的逃離，表面的海洋也跟著蒸發(fā)了，因而使它成為一個干燥而荒蕪的星球。

當然，人類在火星探索中也獲得了令人欣喜的消息：火星表層和深處可能存在大量穩(wěn)定的液態(tài)水。水，尤其是液態(tài)水被認為是生命存在的必要條件，更是人類未來想要在火星上長期生存所需要開發(fā)利用的重要資源。火星的兩極存在巨大的白色極冠，極冠主要由大約2000米厚的水冰層和數(shù)米厚的干冰層組成。若把極冠中的冰全部融化成水，可在火星表面形成10米深的大海。由于火星氣候寒冷，兩極極冠都是永久的，但是會隨著季節(jié)的變化消長，火星地表以下以及南極高原冰蓋深處還存在湖泊。此外，表層也發(fā)現(xiàn)了液態(tài)水存在的證據(jù)。

盡管火星不適合人類直接居住，但是放眼整個太陽系，在火星上“就地取材、因地制宜”建造航天基地卻有著眾多的便利，火星仍然是人類征服太空的理想跳板。

人類的下一個棲息地

讓我們把目光投向更遠處的星空，銀河系中存在上千億顆恒星，宇宙中又有數(shù)百億個星系，太陽系之外的恒星周圍是否會有類似地球環(huán)境的行星存在？那里能否成為人類生存的第二個家園？

這個問題并不是從現(xiàn)代才開始思考的。早在公元前4世紀，亞里士多德就曾提出過一個哲學命題——“我們在宇宙中是否孤獨？”。問題的答案，隨著人類文明和科學的發(fā)展逐漸清晰起來。自1995年第一顆圍繞主序星的系外行星被天文學家發(fā)現(xiàn)，到今天，人們已經(jīng)有多種探測手段來發(fā)現(xiàn)系外行星。目前，天文學家在銀河系中發(fā)現(xiàn)并確認的系外行星已超過4000多顆，特別是開普勒太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)了超過2300多顆行星。這些行星大小不一、形態(tài)各異，包括熱木星、亞海王星、類地行星、超級地球等類型。在這些行星當中，那些位于類太陽型恒星的宜居帶、與地球類似的所謂宜居行星是人類追尋系外行星探測的終極目標。這類行星直徑大約在地球的0. 5～1.5倍之間，可以擁有巖質的表面和大氣。軌道在寄主恒星的“宜居帶”內，即根據(jù)中央恒星的類型和輻射強度，與中央恒星相隔一段合適的距離，使得此處的行星表面平均溫度能夠使液態(tài)水穩(wěn)定存在。此外，我們也希望它能同時擁有與地球一樣的磁場和大氣，可以保護生命免受星際輻射和其他小天體撞擊的危害。盡管目前天文學家已發(fā)現(xiàn)數(shù)十顆宜居行星，但是它們的宜居條件與地球相比還是相距甚遠。

類地行星

近幾年，我們經(jīng)常從媒體上聽到“地球2.O”的天文發(fā)現(xiàn)，但是要發(fā)現(xiàn)真正的“地球2.O”，依然是長路漫漫。比如迄今發(fā)現(xiàn)“最接近地球”的系外宜居行星開普勒452b，雖然它與恒星之間的距離接近日地距離，不過它的直徑是地球的1.6倍，質量是地球的5倍，與地球的差異依然巨大。

此外，我們對系外行星的搜尋仍然受關鍵技術的限制：首先，我們很難獲取較小的系外行星的光譜，因此對行星本身的了解就非常受限，這一狀況甚至在未來幾十年中都很難改變;其次，現(xiàn)有的方法尚不能有效地探測出距離最近的恒星周圍的潛在宜居行星。即使有一天，我們真的找到了和地球一樣宜居的行星，遙遠的星際距離和沒有堪當大任的宇航技術恐怕也會成為抵達這個宜居行星難以逾越的鴻溝。

正如2019年諾貝爾物理學獎得主、致力于系外行星探測的天文學家迪迪?！た迤澓兔仔獱枴溡赋龅哪菢樱骸八^星際移民是既不負責任又徒勞的想法。好好保護我們唯一賴以生存的家園——地球才是王道?！?/p>