我們能找到第二個宜居星球嗎

茍利軍 黃京一

自從美國國家航空航天局（NASA）發(fā)射的行星探測航天器——開普勒太空望遠鏡2018年退休后，其繼任者“凌日系外行星勘測衛(wèi)星”（簡稱“苔絲”）就被人們寄予厚望。

“苔絲”的主要目標，是在開普勒發(fā)現(xiàn)的基礎上，繼續(xù)搜尋太陽系以外的“新世界”，掃描超過20萬顆太陽系附近的明亮恒星，以尋找圍繞它們公轉的行星及其上可能的生命跡象。

2020年年初，NASA發(fā)布公報說，“苔絲”發(fā)現(xiàn)了一顆與地球大小相近且位于宜居帶的系外行星——TOI 700 d。

據法新社報道，2019年年底被送入太空的歐洲CHEOPS太空望遠鏡也被用于測量系外行星的密度、構成和大小。

人類探尋系外行星和系外生命的腳步，一刻不停息。

在太陽系外看到地球的影子

系外行星，顧名思義就是指人類居住的太陽系之外的行星。過去的一百年間，人類利用各種先進的望遠鏡已經幾乎看到了宇宙的爆炸之初，發(fā)現(xiàn)了無數令人驚嘆的天體，然而，探測到系外行星卻只是最近20多年的事情。

自從人類誕生于這個藍色星球，就開始用雙眼觀察星空。在長期的觀測中人們發(fā)現(xiàn)，除了太陽和月亮之外，有一些天體比較特別。相較很多其他天體，它們在天空中的位置會發(fā)生變化，古希臘人因此就把這些位置會發(fā)生較大變化的天體稱之為行星，直譯就是“漫游者”。與之形成鮮明對比的天體，就是位置相對固定的恒星。

大概有不少人自小就聽過漢代天文學家張衡夜晚數星星的故事。當時他能看到的星星，數目也就三四千個。他當時看到的星空，和將近2000年后我們今天所看到的星空，并無太大差別。只是因為城市燈光的緣故，肉眼可見的星星數目少了一些。

不過，憑借望遠鏡，人類還是看到了更遠更廣的宇宙。這要歸功于400年前意大利科學家伽利略。1609年，伽利略精心研究了望遠鏡工作原理，制作出了自己的第一架口徑3.7厘米的望遠鏡。

之后，口徑更大、威力更強的望遠鏡不斷被制造出來，幫助人類看到了更多的天體。人們發(fā)現(xiàn)太陽系內存在著更多的行星和其他小天體。而在太陽系外，竟然還存在著數以億計的恒星，它們共同構成了我們的銀河系。

到了上世紀20年代，美國天文學家哈勃又發(fā)現(xiàn)銀河系外存在著數目眾多類似于銀河系的天體，那就是河外星系。為了紀念這位偉大的天文學家，1990年NASA發(fā)射的太空望遠鏡就以他的名字命名。

1995年年底，哈勃望遠鏡指向了大熊座看似無物的一塊針尖大小的區(qū)域，這就是后來聞名于世的哈勃深場。在這張小小的照片中，竟然包含了數千個大小不一、和銀河系類似的星系。人類第一次知道，宇宙包含了如此眾多的星系，宇宙中恒星的數目竟然比地球上沙粒的數目還要多。

就在這年的11月，瑞士的米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲發(fā)現(xiàn)了第一顆圍繞類日恒星運行的系外行星飛馬座51b，從而拉開了系外行星和系外生命探測的序幕。這對師徒也因這一發(fā)現(xiàn)，獲得了2019年的諾貝爾物理學獎。是他們，讓我們在太陽系外看到地球的影子。

尋找系外生命

為何天文學家要一直尋找系外行星？或許是來自人類對于有無地外生命的好奇。自古以來，人類就非常想知道地球之外有無類似于人類的高等智慧生命，或其他簡單的生命形式。

火星和地球的很多相似之處，讓地球人一直以為火星是有生命存在的。19世紀火星“運河”的發(fā)現(xiàn)，讓當時很多人相信火星之上存在火星人。20世紀30年代電臺播報火星人入侵地球的新聞，讓不少人驚慌失措，信以為真。然而最近幾十年，對火星高空和表面直接探測發(fā)現(xiàn)，火星是一片貧瘠的土地，幾乎寸草不生，盡管很可能在幾十億年前存在過水和海洋。

太陽系之內，與地球最為相似的星球莫過于金星。然而，厚重的大氣層使它的表面溫度達到400多攝氏度。據我們所知，根本沒有生命存在的可能性。

許多國家通過發(fā)射不同的探測器，在更遠的星球上尋找生命的蹤跡。土衛(wèi)二、木衛(wèi)二都表現(xiàn)出存在生命的可能跡象，然而，人類并沒有探測到有關生命的直接跡象。

于是，人類寄希望于一個更大的世界。那就是在系外行星里尋找系外生命。

在探測器發(fā)射之前，科學家們就從理論上討論了應該去什么樣的地方尋找生命。液態(tài)水被認為是地球生命出現(xiàn)的必不可少的條件。所以上世紀50年代初，根據對地球生命的理解，科學家們提出了宜居區(qū)的概念，認為對于一個特定的恒星，只有在距其不遠不近、位置適中的行星上，液態(tài)水才有可能存在，生命才有可能存在。在對生命缺乏更深了解的情況下，這個依據成為人們探索系外生命的起始點。

由于宜居區(qū)處于位置適中的地方，所以選擇宜居區(qū)的方法也被稱為“金鳳花原則”。金鳳花姑娘是美國傳統(tǒng)中的童話角色，她喜歡不冷不熱的粥、不軟不硬的椅子等一切“剛剛好”的東西，所以，美國人常用“金鳳花姑娘”形容“剛剛好”。

之前對于生命的尋找，科學家們并沒有把著眼點放在恒星上。而最近，有科學家將“金鳳花原則”應用于恒星，根據恒星的數量、壽命、高能爆發(fā)產生的頻率等，提出K型恒星的行星更適合孕育生命，這類恒星也被稱為“金鳳花恒星”。

銀河系主要存在三類恒星：G型類日恒星;質量比太陽小、溫度比太陽低的K型恒星;比K型恒星更暗、溫度更低的M型恒星。

之前有科學家在尋找M型恒星周圍的宜居區(qū)，因為這類恒星更暗，更容易觀測到其行星。但此類行星距離中心的恒星很近，所以很容易被其恒星潮汐鎖定。這意味著此類行星的一半總是處于白天，溫度很高，另外一半總是處于黑夜，溫度極低，例如2016年發(fā)現(xiàn)的比鄰星周圍的行星。在這樣極端惡劣的環(huán)境中，很難想象會有生命存在。

而K型恒星沒有活躍的磁場產生強X射線、紫外線輻射以及高能爆發(fā)，因此它們爆發(fā)耀斑的頻率很低，其行星受到的致命X射線輻射，大約是那些M型恒星宜居區(qū)內行星的百分之一。

然而理論終究是理論，被稱為“金鳳花恒星”的K型恒星是否孕育生命，還需要以后的觀測來驗證。

人類能否實現(xiàn)星際移民？

到目前為止，天文學家通過各種方法已經找到了10多個類似地球，且處在宜居區(qū)當中的行星。但這些行星上有無生命、有無液態(tài)水，我們并不知道。因為它們還是過于遙遠，人類目前的望遠鏡很難直接看到這些星球上的種種細節(jié)。未來，或許我們可以通過一些間接的方式判斷。未來可能出現(xiàn)的強大的望遠鏡，無論是地面的還是空間的，都可能幫到人類。

在美國科幻大片《星際穿越》里，當地球面臨災難時，宇航員借助蟲洞，去遙遠的宇宙尋找適合人類居住的地方，結果沒有找到。而目前天文學家們所做的，就是為未來的人類移民提前選擇目標。在電影當中，人類可以借助蟲洞從太陽系內快速抵達遙遠宇宙的某個地方。但現(xiàn)實中，星際旅行技術比尋找適合居住的系外行星更富挑戰(zhàn)性。

米歇爾·馬約爾被人問到“未來人類是否可以實現(xiàn)星際移民”時，回答是悲觀的。因為在他可見的技術發(fā)展之下，人類很難在短時間內飛出太陽系、抵達距離我們最近的比鄰星。按照估算，最快的探測器也需要幾萬年時間才能抵達比鄰星。即使以《流浪地球》當中的5%的光速，也需要大約2500年才能抵達。

2018年年底，中國科幻作家劉慈欣獲克拉克基金會“想象力服務社會”獎時說，雖然科幻小說不能預測未來，只能展示未來的多種可能性，但沒有“星際旅行”的未來是陰暗的。他鼓勵人們運用無窮的想象力，推動宇宙探索和星際移民。

（余余摘自《環(huán)球》2020年第12期）