美國NASA發(fā)現另一個(gè)地球，這是前兩個(gè)星期美國宇航局在晚上12點(diǎn)做的一個(gè)新聞直播，可以說(shuō)，連大媽都在關(guān)注“另一個(gè)地球”了！
或許，另一個(gè)地球對我們來(lái)說(shuō)并不重要，重要的是我們有沒(méi)有另一個(gè)未來(lái)。
另一個(gè)地球，或許不那么美好
這次所發(fā)現的另一個(gè)地球而言，存在生命的可能性并沒(méi)有NASA的科學(xué)家所說(shuō)的那么高。
當大眾媒體和網(wǎng)民們?yōu)榱薔ASA發(fā)現所謂另一個(gè)地球而興奮甚至狂歡的時(shí)候，科幻作家和讀者們在這種似乎顯得很有科幻感的發(fā)現面前顯得格外冷靜。實(shí)際上，不光是這種發(fā)現對科幻來(lái)說(shuō)不算特別隆重的事情，大部分的新發(fā)現在不同的科幻作品當中早就已經(jīng)有了與之對應的想象。面對另一個(gè)地球，科幻小說(shuō)提出了各種各樣的可能性，設想了無(wú)數可歌可泣的故事?！灸愀吲d個(gè)毛線(xiàn)啊，發(fā)現另一個(gè)地球難道你還想移民去？別做夢(mèng)了，搬磚去吧?！?br>
在進(jìn)入新世紀以來(lái)，涉及到另一個(gè)地球的科幻小說(shuō)的數量已經(jīng)大幅度減少——這樣的設定已經(jīng)講過(guò)太多太多，好像沒(méi)有什么必要再重復類(lèi)似的故事了。在現實(shí)當中，如何跨越常常以數千光年為距離單位的漫長(cháng)旅程還八字沒(méi)一撇，但在科幻小說(shuō)里，如何面對另一個(gè)地球已經(jīng)成為了主題。
當在距離地球1400光年之外發(fā)現“大表哥”Kepler 452b之后，人類(lèi)沸騰了，為地球“脫單”而歡呼。
最興奮的當屬科幻小說(shuō)家們，曾經(jīng)的科幻小說(shuō)如今猶如預言成真。那么，在科幻小說(shuō)中，另一個(gè)“地球”究竟是什么模樣？瀟湘晨報專(zhuān)訪(fǎng)世界華人科幻協(xié)會(huì )會(huì )長(cháng)、北京師范大學(xué)教授吳巖。在他看來(lái)，科幻小說(shuō)中“另一個(gè)地球”更酷炫，他認為Kepler 452b的發(fā)現，就像是對過(guò)去科幻小說(shuō)中想象的實(shí)現。
是誰(shuí)發(fā)現了另一個(gè)地球？開(kāi)普勒空間望遠鏡！
2009年3月6日，美國首顆用于搜尋類(lèi)地行星的空間望遠鏡開(kāi)普勒號在卡納維拉爾角發(fā)射升空。至此，在地球之外尋找外星生命的天文學(xué)家將有新工具來(lái)實(shí)現他們的目標。耗資將近6億美元的開(kāi)普勒望遠鏡將在四年左右的時(shí)間內，在銀河系的天鵝座與天琴座區域觀(guān)測類(lèi)似于太陽(yáng)的大約10萬(wàn)顆恒星系統，以尋找類(lèi)地行星和生命存在的跡象。
從1995年起到2009年2月，人類(lèi)總共發(fā)現了342顆太陽(yáng)系外行星或行星系統。盡管目前還沒(méi)有在太陽(yáng)系以外發(fā)現另一個(gè)地球，但是卻發(fā)現了一些質(zhì)量只比地球大幾倍的太陽(yáng)系外行星?？茖W(xué)家將它們稱(chēng)為“超級地球”。但是即便如此，天文學(xué)家也認為這些超級地球未必就比地球更適合生命的存在，除非它們到所圍繞的恒星的距離恰到好處。
質(zhì)量越大的行星就越容易被發(fā)現。這些行星本身的運動(dòng)會(huì )造成其宿主恒星圍繞它們公共質(zhì)心轉動(dòng)，而這一運動(dòng)的速度越大在恒星光譜中造成的譜線(xiàn)移動(dòng)也就越厲害。通過(guò)觀(guān)測恒星視向速度中的這一多普勒效應，就能反推出行星的存在。
當行星運動(dòng)到恒星和我們視線(xiàn)之間的時(shí)候(凌星)，個(gè)頭越大的恒星造成的恒星亮度降低也就越嚴重。當一顆木星大小的行星從一顆類(lèi)太陽(yáng)恒星前方經(jīng)過(guò)的時(shí)候，大約會(huì )遮擋恒星表面的1／100。這會(huì )造成恒星的亮度在幾個(gè)小時(shí)內下降1／100，由此天文學(xué)家們可以在地面上觀(guān)測到這一變化。
隨著(zhù)多普勒效應測量精度越來(lái)越高，天文學(xué)家現在已經(jīng)可以測量出3，6千米／秒的速度所引起的頻移。這足以來(lái)探測質(zhì)量?jì)H有地球幾倍的行星。而它們凌星時(shí)所造成的恒星亮度降低很難從地面上觀(guān)測到，除非宿主恒星本身就很小。
盡管使用視向速度測量方法發(fā)現的太陽(yáng)系外行星數量是用其他方法總和的4倍，但是這一方法只能提供行星質(zhì)量的最小值，還無(wú)法告訴我們行星的直徑和組成。而這恰恰是了解行星特性的關(guān)鍵，由此凌星探測方法的重要性就彰顯出來(lái)了。
受制于地球的大氣，地面上的凌星觀(guān)測精度始終有限，而且觀(guān)測也受到時(shí)間的影響。因此最佳的行星凌星觀(guān)測無(wú)疑必須進(jìn)入太空。
2006年12月，歐洲空間局“科羅”外星行星探測器發(fā)射升空，它可以探測到比地面觀(guān)測極限還要小得多的太陽(yáng)系外行星凌星事件?！翱屏_”可以在5個(gè)月的時(shí)間里不間斷地同時(shí)監測12，000顆恒星的亮度變化。目前“科羅”已經(jīng)可能探測到了一顆直徑為地球1.7倍(質(zhì)量大約為地球的6倍)的類(lèi)地行星，還有其他的一些巨行星。
太陽(yáng)系外行星凌星發(fā)生的概率取決于恒星直徑和行星軌道半徑之比。因此，行星越靠近恒星越好。對于距離一顆類(lèi)太陽(yáng)恒星一個(gè)天文單位的行星來(lái)說(shuō)，其發(fā)生可見(jiàn)凌星的概率只有1／210。即便是類(lèi)地行星發(fā)生凌星，它每年只能使得恒星的亮度下降一次，且下降的幅度只有1／10,000，持續的時(shí)間也只有幾個(gè)小時(shí)。
為了確認這些凌星事件，就必須看到它們以一定的時(shí)間間隔周期性地發(fā)生。因此“科羅”為期5個(gè)月的不間斷觀(guān)測時(shí)間使得它只能用來(lái)探測比水星到太陽(yáng)距離還要近的行星。但是那些位于宜居帶中的太陽(yáng)系外行星通常到宿主恒星的距離要遠得多。因此發(fā)現這些真正讓人感興趣的行星就需要連續不斷地監測恒星亮度達數年之久。
“開(kāi)普勒”空間望遠鏡就是為此應運而生的?！伴_(kāi)普勒”將花3年半的時(shí)間來(lái)不間斷地觀(guān)測位于天鵝座和天琴座中的100，000顆恒星。它會(huì )在遠離地球的軌道上圍繞太陽(yáng)轉動(dòng)，以避免地球對它觀(guān)測的干擾。而與之形成對比的是，“科羅”是一顆圍繞地球轉動(dòng)的衛星。由于會(huì )受到地球的阻擋以及陽(yáng)光的干擾，最長(cháng)連續觀(guān)測時(shí)間只有5個(gè)月?！伴_(kāi)普勒”直徑1.4米的主鏡所能收集到的光線(xiàn)是“科羅”的2.5倍，對于亮度為12等的恒星其測量的精度可以達到1／50，000(0.00002等)。這使得它可以看到大小只有地球一半、和火星差不多大的行星。
“開(kāi)普勒”的視野
“開(kāi)普勒”上的光度計可以覆蓋105平方度的天空，這相當于伸出手臂兩個(gè)手掌所能覆蓋的天區。在這么大的范圍里從M型矮星到A型和B型這樣的高溫大質(zhì)量恒星應有盡有。天文學(xué)家已經(jīng)花了數年的時(shí)間來(lái)觀(guān)測和分類(lèi)“開(kāi)普勒”視場(chǎng)中的300萬(wàn)顆恒星，以便挑選出最佳的觀(guān)測對象。
如果能獲得3年半的觀(guān)測資料，科學(xué)家們預期會(huì )找到50個(gè)～640個(gè)周期為1年的候選太陽(yáng)系外行星。而12％的恒星至少會(huì )擁有兩顆行星。同時(shí)“開(kāi)普勒”還可能會(huì )發(fā)現數百次的短周期凌星事件，以及幾十個(gè)距離宿主恒星1個(gè)天文單位的巨行星。上述的這些預計都是在假設了所有目標恒星都擁有地球大小的行星所做出的。事實(shí)可能并非如此。但是即便“開(kāi)普勒”什么也沒(méi)有探測到(盡管可能性不大)，這一結果也具有重要的科學(xué)和哲學(xué)意義。根據“開(kāi)普勒”觀(guān)測到的太陽(yáng)系外行星的數量，天文學(xué)家們可以可靠地外推出銀河系乃至宇宙中特定類(lèi)型的恒星所具有的行星數量。
“開(kāi)普勒”可能會(huì )成為美國航宇局未來(lái)“類(lèi)地行星搜索者”探測器的開(kāi)路先鋒，計劃于2013年發(fā)射的詹姆斯?韋伯空間望遠鏡將會(huì )在紅外波段研究行星的形成，并且可能會(huì )直接探測到年輕的太陽(yáng)系外類(lèi)木行星所發(fā)出的熱輻射。除此之外，“開(kāi)普勒”還會(huì )為地面上的視向速度觀(guān)測提供大量的候選目標。
相關(guān)鏈接：第一批超級地球
使用多普勒技術(shù)，科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現了幾個(gè)超級地球。2005年發(fā)現了第一個(gè)超級地球，它的質(zhì)量為地球的7.5倍，圍繞一顆紅矮星Gliese 876轉動(dòng)。早期的觀(guān)測顯示有兩顆氣態(tài)巨行星圍繞著(zhù)這顆恒星，但在考慮了和這兩顆巨行星之間的共振相互作用之后，在這個(gè)系統中又發(fā)現了一顆質(zhì)量小得多的行星。
這顆超級地球圍繞Gliese 876公轉一周只需要2天。如此短的公轉周期說(shuō)明它非?？拷拗骱阈?，同時(shí)它可能也已經(jīng)被“潮汐鎖定”。于是它就會(huì )像月亮一樣，始終只有一側是沖著(zhù)恒星的。它始終對著(zhù)恒星的那一面溫度可以達到400℃，而另一面的溫度則取決于它大氣的熱平衡效率。
2007年，科學(xué)家們在Gliese 581周?chē)幌伦佑职l(fā)現了兩顆超級地球。而Gliese 581除了這兩顆超級地球之外，還有一顆海王星大小的行星。這兩顆超級地球中有一顆的最小質(zhì)量大約是地球的5倍，而它到宿主恒星的距離比水星到太陽(yáng)的距離還要小。因此它每13天就能繞它的恒星轉動(dòng)一周。
另一顆行星的質(zhì)量則至少為地球的8倍，到宿主恒星的距離大約為日地距離的3／4，公轉周期為83天?？坷锏哪穷w行星會(huì )由于溫度太高而無(wú)法有液態(tài)水的存在，而靠外的那顆行星的溫度又顯得有一點(diǎn)過(guò)低，當然這很大程度上還依賴(lài)于其大氣的性質(zhì)。
究竟有多少另一個(gè)地球?
天文學(xué)家預計，太陽(yáng)系外類(lèi)地行星的數量實(shí)際上要比氣態(tài)巨
行星更多，原因是形成類(lèi)地行星所需的物質(zhì)要少得多。
綜合目前的視向速度巡天和其他的觀(guān)測資料，大約10％的近距離恒星在5個(gè)天文單位的距離以?xún)葧?huì )有一顆質(zhì)量至少為木星質(zhì)量的行星。這里1個(gè)天文單位相當于地球到太陽(yáng)的平均距離。而大約15％的恒星在10個(gè)天文單位以?xún)鹊姆秶鷥戎辽贂?huì )有一顆類(lèi)似木星或者土星的行星。
但也有科學(xué)家發(fā)現，獵戶(hù)星云中只有不到10％的新生恒星在其周?chē)男行潜P(pán)中具有可以形成木星質(zhì)量行星的足夠物質(zhì)。這些行星盤(pán)的平均質(zhì)量大約為太陽(yáng)質(zhì)量的1／1000，可以形成兩倍于海王星質(zhì)量(34個(gè)地球質(zhì)量)的行星。盡管目前的天文觀(guān)測對于僅能形成低質(zhì)量行星的行星盤(pán)還不是很敏感，但是對年輕恒星的觀(guān)測顯示，大約80％的年輕恒星具有可以形成類(lèi)地行星的行星盤(pán)。因此很有可能80％的恒星會(huì )臭有巖質(zhì)的行星。
現在天文學(xué)家們正在不斷加大在低質(zhì)量恒星周?chē)褜こ壍厍虻牧Χ?，而暗弱的M型紅矮星則是他們的重中之重。M型矮星所發(fā)出的光和熱通常還不到太陽(yáng)的1％，因此它們的宜居帶――位于其中的行星表面可以有液態(tài)水的存在――會(huì )非?？拷阈?，距離一般在0.1個(gè)天文單位之內。由于宿主恒星的質(zhì)量較低，因此行星造成的多普勒效應會(huì )較強。但是由于恒星自身亮度比較低，因此必須要長(cháng)時(shí)間的觀(guān)測才能從背景噪音中分離出行星的信號。
盡管發(fā)現了不少超級地球，但是人們更關(guān)心的問(wèn)題是究竟有多少個(gè)太陽(yáng)系外的類(lèi)地行星?這個(gè)問(wèn)題還需要更多的觀(guān)測才能回答。
2008年6月，科學(xué)家們又發(fā)現了4顆質(zhì)量在3個(gè)～9個(gè)地球質(zhì)量之間的超級地球，但是它們的軌道周期都在幾天到20天的范圍之內。其中的3顆圍繞著(zhù)恒星HD40307轉動(dòng)，這顆恒星的質(zhì)量比太陽(yáng)稍小一點(diǎn)。另一顆超級地球則和一顆木星大小的行星一起圍繞著(zhù)恒星HD181433公轉。
與上面提到的這些非?？拷阈堑某壍厍虿煌?，目前已知距離恒星最遠、溫度最低的超級地球是通過(guò)微引力透鏡發(fā)現的。引力透鏡效應是愛(ài)因斯坦的廣義相對論預言的一種引力效應，一個(gè)位于前方的天體可以借助引力來(lái)“放大”后面的天體。如果恒星擁有一顆圍繞它轉動(dòng)的行星的話(huà)，行星的引力就會(huì )扭曲恒星所發(fā)出的光，因此揭示出它的存在。但引力透鏡效應的發(fā)生需要恒星、行星和觀(guān)測者之間具有特殊而又精確的排列構型，同時(shí)這一效應持續的時(shí)間又非常短暫，所以天文學(xué)家需要監測數百萬(wàn)顆恒星才能捕捉到幾次微引力透鏡事件。
2006年天文學(xué)家宣布，在一顆距離太陽(yáng)20,000光年遠的矮星周?chē)l(fā)現了一顆質(zhì)量為地球5.5倍的行星。這顆行星到宿主恒星的距離是日地距離的2.5倍。而在這樣的距離上發(fā)現超級地球并不是多普勒效應和凌星探測的強項，故而這一領(lǐng)域成了微引力透鏡的天下。由于距離恒星很遠，因此這顆被稱(chēng)為OGLE 2005-BLG-390Lb的行星幾乎是被完全封凍的。由于它的宿主恒星本身也很暗弱，因此這顆行星表面的溫度和太陽(yáng)系中冥王星的表面溫度相仿。
適不適合，去了才會(huì )知道。
人類(lèi)花巨資去探測那些動(dòng)輒幾十光年開(kāi)外的星球實(shí)在并不是為了到那里去，至少這種事在相當長(cháng)的歷史階段里根本做不到。自哥白尼將地球的宇宙中心地位否定之后，人類(lèi)一直在思考地球、生命和宇宙之間的關(guān)系。我們是唯一的智慧生命嗎?地球是獨一無(wú)二的嗎?我們在宇宙中究竟是一種怎樣的存在呢?人類(lèi)渴望獲得答案，于是謀求對宇宙擁有更多的認識。認識宇宙就是認識我們自己，認識系外行星更有助于認識我們自己的星球。是人類(lèi)的求知欲和追求真理的本能引領(lǐng)我們不停探索，永不言棄。
