編者按

北京時(shí)間7月24日零點(diǎn)，美國國家航空航天局（NASA）召開(kāi)發(fā)布會(huì )，宣布發(fā)現了所謂“另一個(gè)地球”，也就是迄今為止與地球最相似的系外行星——開(kāi)普勒452b（Kepler 452b）。發(fā)布會(huì )通過(guò)音頻與圖片形式向全球直播。

而在此之前，NASA在發(fā)布會(huì )預告中稱(chēng)：“天文學(xué)家們已經(jīng)接近幾千年來(lái)我們所夢(mèng)想的目標——發(fā)現另一個(gè)地球?！边@一表述可謂吊足了人們的胃口。全球都在期待NASA帶給我們振奮人心的重大消息。

除了公布最新發(fā)現，NASA的高調行動(dòng)似乎也另有訴求。在中國國家天文臺副研究員、科普專(zhuān)家鄭永春看來(lái)，此次新聞發(fā)布會(huì )更像是花費了6億多美元的開(kāi)普勒太空望遠鏡向全球公眾，特別是美國政府、國會(huì )和納稅人的“匯報演出”，“目的是告訴他們，你們給的這些錢(qián)沒(méi)有白花”。

太陽(yáng)系之外真的有這么多“地球”嗎？位于恒星宜居帶內的系外行星，如果大小與地球相近則往往被描繪為可能有水，適合生命生存。但實(shí)際上這還取決于行星的物質(zhì)組成、有無(wú)大氣層等行星本身的性質(zhì)。

引子

地球孕育了人類(lèi)，是迄今為止浩瀚宇宙中唯一確證有生命的星球。地球是太陽(yáng)系八大行星之一，銀河系中像太陽(yáng)一樣的恒星有上千億顆，而整個(gè)宇宙中像銀河系一樣的星系又數以千億計。

如果從太陽(yáng)系外看，地球就像宇宙中的一粒塵埃，恰恰是這粒塵埃，卻是人類(lèi)唯一的賴(lài)以生存的家園。我們遺憾地發(fā)現，迄今為止，地球仍是太空中唯一適合人類(lèi)長(cháng)期居住的行星。系外行星的想象雖然美好，但這只是一個(gè)美麗的童話(huà)，另一個(gè)地球美好的“遠水”解決不了人類(lèi)面臨的“近渴”，人類(lèi)未來(lái)的命運系于地球。除了地球，我們別無(wú)所依。

開(kāi)普勒太空望遠鏡搜尋之旅

所謂系外行星，就是位于太陽(yáng)系之外，圍繞另一顆恒星運行的行星。7月23日，美國國家航空航天局對外發(fā)布預告，將于北京時(shí)間7月24日零點(diǎn)整對外發(fā)布有關(guān)系外行星搜尋“令人興奮”的新消息。預告稱(chēng)“天文學(xué)家們已經(jīng)接近幾千年來(lái)我們所夢(mèng)想的目標——發(fā)現另一個(gè)地球?！边@個(gè)預告一下子吸引了全球新聞界特別是科技媒體的關(guān)注。

從7月14日“新視野號”飛掠冥王星和冥衛持續數天的新聞報道，到前幾天鉑金小行星飛越地球附近的“財富誘惑”，再到今天宣布發(fā)現另一個(gè)地球——開(kāi)普勒452b 。今年7月的這個(gè)夏天，太空和宇宙探索的新聞讓我們把目光投向寧靜絢爛的遙遠星空，似乎它們能夠在酷暑煎熬中帶給我們一絲清涼。

以我的個(gè)人分析，這次新聞發(fā)布會(huì )更像是花費了6億多美元的開(kāi)普勒太空望遠鏡向全球公眾，特別是美國政府、國會(huì )和納稅人的“匯報演出”，目的是告訴他們，你們給的這些錢(qián)沒(méi)有白花，以爭取得到進(jìn)一步的研究資助。我們應該知道，NASA不僅僅是一個(gè)龐大的航天科研機構，它也是一個(gè)政府部門(mén)，在科學(xué)傳播和新聞素材的饑渴發(fā)布，以及吊人胃口、吸引眼球方面已經(jīng)十分嫻熟，類(lèi)似的操作手段，我們其實(shí)已經(jīng)屢見(jiàn)不鮮。這些操作既塑造了它良好的公眾形象，傳播了科學(xué)精神，也回應了公眾期待。

開(kāi)普勒太空望遠鏡由NASA下屬的噴氣推進(jìn)實(shí)驗室研制，它攜帶的最主要的科學(xué)儀器——光度計配備了一個(gè)直徑95厘米的透鏡。與哈勃望遠鏡主要用來(lái)拍攝星空圖片不同，開(kāi)普勒望遠鏡是世界上第一顆探測系外行星的航天器。2009年3月7日，開(kāi)普勒望遠鏡從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地17-B發(fā)射臺發(fā)射升空，在3年多的任務(wù)期內，開(kāi)普勒望遠鏡對天鵝座和天琴座中約10萬(wàn)個(gè)恒星系統開(kāi)展了觀(guān)測，目的是搜尋太陽(yáng)系外的行星，特別是搜尋與地球相似、由巖石構成，并位于恒星宜居帶上的行星，以研究銀河系內行星系統的多樣性。所謂“宜居帶”是指恒星所屬的行星系統中適合生命存在的區域，在太陽(yáng)系中，距離太陽(yáng)0.99～1.70天文單位（1天文單位等于1.5億公里）之間的區域被稱(chēng)為宜居帶。由于恒星輻射強度的差異，宜居帶與恒星的距離有所不同。

開(kāi)普勒望遠鏡擔負著(zhù)尋找第二個(gè)地球的重任

開(kāi)普勒望遠鏡通過(guò)觀(guān)測行星穿越恒星的“凌日”現象搜尋系外行星。所謂“凌日”是指行星經(jīng)過(guò)其所屬的母恒星前的現象，就像地球上觀(guān)測水星或金星凌日的天象時(shí)，我們會(huì )發(fā)現太陽(yáng)表面有個(gè)小黑點(diǎn)在緩慢移動(dòng)。當行星運行到開(kāi)普勒望遠鏡與這顆行星所屬的恒星系統之間時(shí)，由于行星的遮擋，望遠鏡上的光度計接收到的恒星亮度信號會(huì )減弱。開(kāi)普勒望遠鏡上的光度計非常靈敏，可以檢測到恒星亮度的十萬(wàn)分之一的微弱變化?？茖W(xué)家根據恒星亮度周期性的微弱變化，可以推算出系外行星的大小和軌道周期。

為了精確對準觀(guān)測天區，開(kāi)普勒望遠鏡配備了4個(gè)反應輪以控制望遠鏡的方向，其中至少要有3個(gè)反應輪正常工作才能實(shí)施觀(guān)測。2012年7月，望遠鏡上的1個(gè)反應輪出現故障，但仍可正常觀(guān)測。2012年11月，望遠鏡原定的主要觀(guān)測任務(wù)順利完成，原計劃將觀(guān)測壽命延長(cháng)4年。但2013年5月，又一個(gè)反應輪出現故障，由于無(wú)法湊齊3個(gè)反應輪一起工作，望遠鏡的正常觀(guān)測基本停止。經(jīng)過(guò)連續數月的分析測試和挽救努力后，項目團隊于2013年8月19日宣布放棄修復望遠鏡，轉而讓其承擔其它研究任務(wù)。

“第二個(gè)地球”——開(kāi)普勒452b

新聞發(fā)布會(huì )準時(shí)開(kāi)始，以音頻和圖片形式向全球直播，開(kāi)普勒望遠鏡團隊宣布發(fā)現了迄今為止與地球最相似的系外行星——開(kāi)普勒452b（Kepler 452b）。

開(kāi)普勒452b的直徑比地球大60%，距離地球約1400光年（1光年約等于10萬(wàn)億公里），位于天鵝座。2015年1月6日，NASA曾經(jīng)發(fā)布開(kāi)普勒望遠鏡發(fā)現的第1000顆系外行星，其中開(kāi)普勒438b、開(kāi)普勒442b、開(kāi)普勒440b等三顆行星的運行軌道位于宜居帶內，當時(shí)報道也稱(chēng)之為“另一個(gè)地球”。但那三顆行星圍繞運行的恒星是質(zhì)量較小、溫度較低的紅矮星，而開(kāi)普勒452b圍繞運行的是一顆與太陽(yáng)相似的恒星——開(kāi)普勒452。

開(kāi)普勒452b的直徑略大于地球，和中心恒星之間的距離與日地距離相似，比開(kāi)普勒186f更像地球。

由于“凌日”法只能測量系外行星的直徑大小，無(wú)法估算其質(zhì)量，因此無(wú)法根據密度判斷開(kāi)普勒452b究竟是不是巖石質(zhì)的行星。但根據理論模型推測，開(kāi)普勒452b的質(zhì)量可能約為地球的5倍，若推測成立，則它應該是一顆巖石行星，而不是像木星、土星、海王星那樣氣液態(tài)的巨行星。

開(kāi)普勒452b的軌道周期（一年）約為385天，接近地球上的一年365天。由于這顆系外行星與母恒星的距離適中，位于溫度適宜的宜居帶，科學(xué)家猜想它的表面可能存在液態(tài)水。

雖然新聞報道時(shí)大多稱(chēng)之為“第二個(gè)地球”，但嚴格說(shuō)來(lái)，開(kāi)普勒452b是一顆圍繞與太陽(yáng)相似的恒星運行，與這顆恒星之間的距離適中的系外行星。所以，開(kāi)普勒452b并不是嚴格意義上的“另一個(gè)地球”，只能說(shuō)是迄今為止與地球最相似的系外行星。盡管如此，這仍然是搜尋“另一個(gè)地球”所取得的重要進(jìn)展。

根據估算，恒星開(kāi)普勒452的年齡約為60億年，比太陽(yáng)還要老15億年，圍繞這顆恒星運行的開(kāi)普勒452b的年齡也接近60億年。由于恒星的光度會(huì )隨著(zhù)年齡增長(cháng)而老當益壯，逐漸增強，因此在開(kāi)普勒452形成后的50億年內，這顆系外行星接收到的光照強度應該比地球弱，但如今開(kāi)普勒452b接收到的光照強度已經(jīng)超過(guò)了地球。這說(shuō)明隨著(zhù)太陽(yáng)年齡的增長(cháng)，地球上接收到的光照強度也將逐漸增強。

此次發(fā)布會(huì )同時(shí)發(fā)布了11顆直徑小于地球2倍、位于宜居帶內的系外行星，但其結果還需進(jìn)一步確認。

探測冥王星的“新視野號”飛船是迄今為止飛得最快的深空探測器，如果讓它從現在開(kāi)始趕赴開(kāi)普勒452b，按照“新視野號”目前5.9萬(wàn)公里/小時(shí)的飛行速度，飛到“第二個(gè)地球”需要約2709萬(wàn)年，而人類(lèi)在地球上的全部歷史也不過(guò)200萬(wàn)年，看來(lái)有生之年你我是不可能去那里旅游的了。

系外行星：從科學(xué)猜想到地理大發(fā)現

我們知道，太陽(yáng)系有八大行星，那么其它恒星也應該有自己的行星系統。但這一設想直到二十多年前仍缺少實(shí)際觀(guān)測證據的支持，依然停留在科學(xué)猜想階段。行星本身不發(fā)光，它表面的反射光相對恒星而言是極為微弱的，因此行星常常被掩蓋在母恒星的光輝內，要從距離地球達數百光年以遠的恒星系統中發(fā)現行星是很困難的。早在1855年就有天文學(xué)家宣稱(chēng)發(fā)現了系外行星，但直到1992年，人類(lèi)才首次確認有質(zhì)量與地球相近的天體環(huán)繞著(zhù)脈沖星PSR B1257+12（質(zhì)量為木星10.98倍的HD 114762 b于1989年被首次發(fā)現，是最早被確認的系外行星）。由于并非所有恒星都有行星，因此系外行星的發(fā)現給了我們很大的驚喜。銀河系里面有上千億顆恒星，如果1%的恒星擁有自己的行星，則太陽(yáng)系外的行星將達數十億顆。

系外行星觀(guān)測在最近幾年取得了重要進(jìn)展，截至今天（2015年7月24日），已確認的系外行星達1935顆，屬于1225個(gè)行星系統，其中484顆系外行星位于多行星系統內（數據來(lái)源：http://exoplanet.eu/catalog/）。系外行星的觀(guān)測方法也有新的突破，其中用凌日時(shí)間變分法發(fā)現3顆，脈沖星計時(shí)法發(fā)現18顆，直接成像法發(fā)現51顆，微引力透鏡發(fā)現34顆，徑向速度或天體測量法發(fā)現591顆，凌日法發(fā)現 1 179顆。開(kāi)普勒望遠鏡自2009年發(fā)射以來(lái)在太空開(kāi)展的天文觀(guān)測，大大提高了系外行星搜索的效率，目前已經(jīng)探測到18 000顆可能的系外行星，其中262顆與恒星的距離不遠不近，位于溫度適宜的宜居帶。

系外行星的探索具有重要意義。我們知道，太陽(yáng)系是從一團彌漫著(zhù)氣體和塵埃等星際介質(zhì)的太陽(yáng)星云逐漸凝聚、演化而來(lái)的。目前，太陽(yáng)系已經(jīng)演化到了行星形成的晚期，但我們對行星形成的早期歷史并不清晰。通過(guò)系外行星搜尋，發(fā)現那些處于不同形成階段、不同類(lèi)型的行星，有助于理解行星是怎么形成的，未來(lái)將向什么方向演化。我們的地球也是一顆行星，具有行星所共有的一些特征，系外行星的探索，有助于研究行星的形成和演化過(guò)程，更有助于預測地球的未來(lái)，這關(guān)于人類(lèi)未來(lái)的命運。

系外行星真的適合人類(lèi)生存嗎

在很多新聞報道中，系外行星往往被稱(chēng)為“超級地球”“最類(lèi)似地球的行星”“第二地球”等，這似乎描繪了一個(gè)光明的前景，人類(lèi)未來(lái)有可能移居到這些星球上去。但作為冷靜的探索者，我們需要思考這些系外行星是否真的像地球一樣，人類(lèi)未來(lái)是否真的有可能移居到這些行星。

如果是短期登陸探訪(fǎng)，有很多太空探索的目的地可供人類(lèi)選擇，因為密閉的登陸艙和厚重的宇航服可以保護我們。但如果要移居到另一顆星球，這就要求找到一個(gè)適宜人類(lèi)長(cháng)期居住的天體，這個(gè)天體必須具備更為苛刻的條件：

首先，要有大氣層的保護。以地球海平面的大氣壓力為1個(gè)標準大氣壓為標準，醫院里的高壓氧氣治療為1.4個(gè)大氣壓，珠穆朗瑪峰頂約為0.41個(gè)大氣壓。如果系外行星的大氣太稠密或太稀薄，人類(lèi)的心肺功能都將難以承受。如金星表面是90個(gè)大氣壓，連載人登陸都無(wú)法實(shí)現，更不可能適合人類(lèi)生存了。

除大氣壓外，還要擁有合理的大氣成分和比例。地球大氣的主要成分是氧氣和氮氣，而且要符合一定比例。氧氣含量過(guò)高，人會(huì )發(fā)生“醉氧”，過(guò)低則會(huì )缺氧。但是，目前的探測手段還難以確定系外行星是否擁有大氣層，更難以判斷大氣成分。從太陽(yáng)系的經(jīng)驗分析，土衛六的大氣是氮氣和甲烷，木衛二為純氧，金星大氣主要為二氧化碳，可能大多數系外行星的大氣成分主要為氮氣、甲烷、二氧化碳等，根本不適合人類(lèi)生存。除了氧氣，地球大氣層中的微量氣體也發(fā)揮了很大作用，比如臭氧過(guò)濾掉了對人類(lèi)危害最大的紫外輻射。系外行星如果沒(méi)有臭氧層，人類(lèi)患皮膚癌的概率將大大增加。

其次，要有液態(tài)水和適宜的溫度。水是生命之源，根據地球的經(jīng)驗，生命的存在離不開(kāi)水。有了水，才有可能形成生態(tài)系統，人與生物圈才能形成相互依賴(lài)、不斷進(jìn)化的生態(tài)系統，否則人類(lèi)單獨是難以長(cháng)期生存的。實(shí)際上，現有科技手段還無(wú)法證實(shí)系外行星上是否有液態(tài)水，只能根據系外行星與恒星之間的距離來(lái)估算行星上的溫度，并根據溫度范圍推斷是否有液態(tài)水的存在，并非探明真的存在液態(tài)水。即使系外行星與恒星的距離位于宜居帶內，也并不能保證行星表面具有適宜的溫度。行星大氣層的密度和成分將顯著(zhù)影響行星表面的溫度。

根據達爾文的進(jìn)化論，生命的演化需要經(jīng)歷漫長(cháng)的歷史。太陽(yáng)作為太陽(yáng)系的母恒星，是一顆中等質(zhì)量的恒星，人類(lèi)預測其壽命大約100億年?，F在太陽(yáng)的演化已經(jīng)過(guò)去約50億年，地球的形成已歷經(jīng)了46億年。地球誕生后8億年才出現簡(jiǎn)單的生命，而人類(lèi)的出現則不過(guò)250萬(wàn)年。換言之，太陽(yáng)系誕生約50億年后才繁衍出高度發(fā)達的文明。在宇宙中，如果母恒星的質(zhì)量太大，其壽命就會(huì )比較短，它的行星就會(huì )來(lái)不及在母恒星的“有生之年”演化出相對復雜的生命。

再次，適宜居住的系外行星必須有一個(gè)巖石質(zhì)的表面，讓人類(lèi)可以繼續生活在陸地上。由于系外行星的質(zhì)量越小就越難觀(guān)測到，所以早期發(fā)現的系外行星大多是木星那樣巨大的氣液態(tài)行星，并不適合生命生存。適宜居住的行星還要有一個(gè)完美的磁場(chǎng)，可以屏蔽來(lái)自恒星和恒星際的高能帶電粒子；這些行星必須已經(jīng)演化到了中年階段，內部能量的釋放比較溫和，因為處于演化早期的年輕行星往往會(huì )狂暴地釋放內部能量，地震和火山爆發(fā)的強度和頻度太大，人類(lèi)在這些自然災害面前的生存機會(huì )將十分渺茫。

最后，系外行星所屬的恒星的能量釋放要比較穩定，否則人類(lèi)在恒星爆發(fā)的超級帶電粒子風(fēng)暴面前只能坐以待斃。行星系統要已經(jīng)演化到晚期階段，大量的小天體碎片已經(jīng)被大的行星吸積，行星際空間逐漸清朗，可以大大降低行星被小天體撞擊的幾率。

總之，人類(lèi)之所以能在地球上生存，是因為地球穿了幾層保護人類(lèi)的防護衣。第一層是磁場(chǎng)，它屏蔽了大量高能帶電粒子，保護我們免受高劑量輻射的傷害；第二層是大氣層，它提供了人類(lèi)呼吸所需的氧氣和植物生長(cháng)所需的二氧化碳，其中的臭氧又過(guò)濾掉對人體有害的紫外線(xiàn)；第三層是水圈，水作為載體，促進(jìn)了地球各圈層之間的物質(zhì)循環(huán)和生物的新陳代謝。

系外行星：遙不可及的美麗童話(huà)

系外行星本身不發(fā)光，在遙遠的、很亮的恒星附近很難直接觀(guān)測到，大多通過(guò)行星運行時(shí)對恒星的擾動(dòng)來(lái)判斷。迄今還沒(méi)有辦法明確判斷系外行星是否有巖石質(zhì)的表面，是否有液態(tài)水，是否有磁場(chǎng)，大氣層中是否含有氧氣，更難以確認系外行星是否真正與地球環(huán)境相似。

如果人類(lèi)足夠幸運，真的發(fā)現了一顆類(lèi)似地球的系外行星，那我們是否有能力到達這顆系外行星呢？開(kāi)普勒望遠鏡最近發(fā)現了8顆系外行星，其中有3顆處于宜居帶，溫度范圍允許液態(tài)水的存在。其中比地球大12%的開(kāi)普勒438B也一度被認為最類(lèi)似地球，距離地球475光年，公轉周期為35.2天，取代此前發(fā)現的開(kāi)普勒186F，被認為是最有可能接近地球環(huán)境的系外行星。另一顆類(lèi)似地球的系外行星開(kāi)普勒442B，距離地球1100光年，公轉周期為112天。以“新視野”號在借助木星引力加速后的峰值速度7萬(wàn)～7.5萬(wàn)千米/小時(shí)（相當于19～20km/s，大于第三宇宙速度）估算，飛到開(kāi)普勒438B需要684萬(wàn)年，飛到開(kāi)普勒442B需要1584萬(wàn)年。所以在星際飛行理論沒(méi)有突破的情況下，如果依靠傳統火箭，不借助時(shí)空穿越，人類(lèi)基本上不可能抵達這些系外行星。

行星系統的宜居帶?？v坐標為母恒星質(zhì)量與太陽(yáng)質(zhì)量的倍數，橫坐標為行星到母恒星的距離與日地距離的倍數。

除了地球，我們別無(wú)所依

人類(lèi)是在地球上繁衍進(jìn)化而成的，我們的身體、生產(chǎn)、生活都已經(jīng)適應了地球的環(huán)境。就像世界上沒(méi)有兩片完全相同的葉子，宇宙中與地球一模一樣的星球幾乎是不存在的，所以如果移居到另一顆星球上生存，人類(lèi)很可能就需要進(jìn)化成另一種生物。雖然地球并非天堂，也會(huì )面對超級太陽(yáng)風(fēng)暴、地球磁極倒轉、小天體撞擊等天文災難，也有地震、火山、海嘯等重大自然災害，但即使我們對地球諸多不滿(mǎn)，它依然是我們唯一的生存家園。

我們尋找系外行星，我們希望登陸火星乃至移民火星，并不是因為那里更加美好，而是為了尋找人類(lèi)未來(lái)的避難所。地球上的生物常常需要面對重大的災難性事件，根據推測，地球上的生物大滅絕平均2600萬(wàn)年發(fā)生一次。就像導致曾經(jīng)獨霸地球的恐龍滅絕一樣，這樣的災難一旦發(fā)生，必將導致人類(lèi)的滅絕。為了人類(lèi)的火種得以延續，我們需要在宇宙中尋找避難所，這就是我們搜尋系外行星和開(kāi)展深空探測的重要價(jià)值。但是，在星際飛行理論沒(méi)有質(zhì)的突破之前，在用于時(shí)空穿越的蟲(chóng)洞還沒(méi)有成為現實(shí)之前，人類(lèi)還不可能飛出太陽(yáng)系，未來(lái)移居地的搜索只能局限在太陽(yáng)系以?xún)?。而在太?yáng)系內，火星是目前科學(xué)界公認的最佳選擇。木衛二、土衛六可能會(huì )有生命存在，但那里并不適合人類(lèi)移居。

地球上的戈壁和沙漠可以作為載人登陸火星前的野外訓練基地。圖為美國猶他州沙漠。

載人登陸火星模擬圖。機器人和航天員將協(xié)同考察。

從太空回望地球，如果是冥王星的距離，地球是陽(yáng)光照耀下的一個(gè)暗淡的藍色圓點(diǎn)。如果從太陽(yáng)系外回望地球，地球就像是漂浮在空蕩蕩的宇宙中的一粒塵埃，相當于太平洋中的一滴水。但恰恰是這個(gè)暗淡的藍色圓點(diǎn)、這粒塵埃、這滴水，正是人類(lèi)唯一賴(lài)以生存的家園。在遍尋整個(gè)宇宙之后，我們遺憾地發(fā)現，地球仍是迄今為止太空中唯一適合人類(lèi)長(cháng)期居住的行星。保護地球，就是保護人類(lèi)的未來(lái)。如果把人類(lèi)看作一個(gè)大家庭，那么地球就是我們代代相傳的“稀世珍寶”，我們有義務(wù)把它完好無(wú)缺地傳給下一代。我們不能在地球上肆意地亂涂亂畫(huà)，把一顆千瘡百孔、傷痕累累的地球交給我們的孩子，這是每一個(gè)人的責任。

系外行星的想象雖然美好，但這美好的“遠水”解決不了人類(lèi)面臨的“近渴”。人類(lèi)未來(lái)的命運系于地球。

除了地球，我們別無(wú)所依。