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我们能找到第二个宜居星球吗

2021-03-25苟利军黄京一

风流一代·经典文摘 2021年3期
关键词:外行星宜居天体

苟利军 黄京一

自从美国国家航空航天局(NASA)发射的行星探测航天器——开普勒太空望远镜2018年退休后,其继任者“凌日系外行星勘测卫星”(简称“苔丝”)就被人们寄予厚望。

“苔丝”的主要目标,是在开普勒发现的基础上,继续搜寻太阳系以外的“新世界”,扫描超过20万颗太阳系附近的明亮恒星,以寻找围绕它们公转的行星及其上可能的生命迹象。

2020年年初,NASA发布公报说,“苔丝”发现了一颗与地球大小相近且位于宜居带的系外行星——TOI 700 d。

据法新社报道,2019年年底被送入太空的欧洲CHEOPS太空望远镜也被用于测量系外行星的密度、构成和大小。

人类探寻系外行星和系外生命的脚步,一刻不停息。

在太阳系外看到地球的影子

系外行星,顾名思义就是指人类居住的太阳系之外的行星。过去的一百年间,人类利用各种先进的望远镜已经几乎看到了宇宙的爆炸之初,发现了无数令人惊叹的天体,然而,探测到系外行星却只是最近20多年的事情。

自从人类诞生于这个蓝色星球,就开始用雙眼观察星空。在长期的观测中人们发现,除了太阳和月亮之外,有一些天体比较特别。相较很多其他天体,它们在天空中的位置会发生变化,古希腊人因此就把这些位置会发生较大变化的天体称之为行星,直译就是“漫游者”。与之形成鲜明对比的天体,就是位置相对固定的恒星。

大概有不少人自小就听过汉代天文学家张衡夜晚数星星的故事。当时他能看到的星星,数目也就三四千个。他当时看到的星空,和将近2000年后我们今天所看到的星空,并无太大差别。只是因为城市灯光的缘故,肉眼可见的星星数目少了一些。

不过,凭借望远镜,人类还是看到了更远更广的宇宙。这要归功于400年前意大利科学家伽利略。1609年,伽利略精心研究了望远镜工作原理,制作出了自己的第一架口径3.7厘米的望远镜。

之后,口径更大、威力更强的望远镜不断被制造出来,帮助人类看到了更多的天体。人们发现太阳系内存在着更多的行星和其他小天体。而在太阳系外,竟然还存在着数以亿计的恒星,它们共同构成了我们的银河系。

到了上世纪20年代,美国天文学家哈勃又发现银河系外存在着数目众多类似于银河系的天体,那就是河外星系。为了纪念这位伟大的天文学家,1990年NASA发射的太空望远镜就以他的名字命名。

1995年年底,哈勃望远镜指向了大熊座看似无物的一块针尖大小的区域,这就是后来闻名于世的哈勃深场。在这张小小的照片中,竟然包含了数千个大小不一、和银河系类似的星系。人类第一次知道,宇宙包含了如此众多的星系,宇宙中恒星的数目竟然比地球上沙粒的数目还要多。

就在这年的11月,瑞士的米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹发现了第一颗围绕类日恒星运行的系外行星飞马座51b,从而拉开了系外行星和系外生命探测的序幕。这对师徒也因这一发现,获得了2019年的诺贝尔物理学奖。是他们,让我们在太阳系外看到地球的影子。

寻找系外生命

为何天文学家要一直寻找系外行星?或许是来自人类对于有无地外生命的好奇。自古以来,人类就非常想知道地球之外有无类似于人类的高等智慧生命,或其他简单的生命形式。

火星和地球的很多相似之处,让地球人一直以为火星是有生命存在的。19世纪火星“运河”的发现,让当时很多人相信火星之上存在火星人。20世纪30年代电台播报火星人入侵地球的新闻,让不少人惊慌失措,信以为真。然而最近几十年,对火星高空和表面直接探测发现,火星是一片贫瘠的土地,几乎寸草不生,尽管很可能在几十亿年前存在过水和海洋。

太阳系之内,与地球最为相似的星球莫过于金星。然而,厚重的大气层使它的表面温度达到400多摄氏度。据我们所知,根本没有生命存在的可能性。

许多国家通过发射不同的探测器,在更远的星球上寻找生命的踪迹。土卫二、木卫二都表现出存在生命的可能迹象,然而,人类并没有探测到有关生命的直接迹象。

于是,人类寄希望于一个更大的世界。那就是在系外行星里寻找系外生命。

在探测器发射之前,科学家们就从理论上讨论了应该去什么样的地方寻找生命。液态水被认为是地球生命出现的必不可少的条件。所以上世纪50年代初,根据对地球生命的理解,科学家们提出了宜居区的概念,认为对于一个特定的恒星,只有在距其不远不近、位置适中的行星上,液态水才有可能存在,生命才有可能存在。在对生命缺乏更深了解的情况下,这个依据成为人们探索系外生命的起始点。

由于宜居区处于位置适中的地方,所以选择宜居区的方法也被称为“金凤花原则”。金凤花姑娘是美国传统中的童话角色,她喜欢不冷不热的粥、不软不硬的椅子等一切“刚刚好”的东西,所以,美国人常用“金凤花姑娘”形容“刚刚好”。

之前对于生命的寻找,科学家们并没有把着眼点放在恒星上。而最近,有科学家将“金凤花原则”应用于恒星,根据恒星的数量、寿命、高能爆发产生的频率等,提出K型恒星的行星更适合孕育生命,这类恒星也被称为“金凤花恒星”。

银河系主要存在三类恒星:G型类日恒星;质量比太阳小、温度比太阳低的K型恒星;比K型恒星更暗、温度更低的M型恒星。

之前有科学家在寻找M型恒星周围的宜居区,因为这类恒星更暗,更容易观测到其行星。但此类行星距离中心的恒星很近,所以很容易被其恒星潮汐锁定。这意味着此类行星的一半总是处于白天,温度很高,另外一半总是处于黑夜,温度极低,例如2016年发现的比邻星周围的行星。在这样极端恶劣的环境中,很难想象会有生命存在。

而K型恒星没有活跃的磁场产生强X射线、紫外线辐射以及高能爆发,因此它们爆发耀斑的频率很低,其行星受到的致命X射线辐射,大约是那些M型恒星宜居区内行星的百分之一。

然而理论终究是理论,被称为“金凤花恒星”的K型恒星是否孕育生命,还需要以后的观测来验证。

人类能否实现星际移民?

到目前为止,天文学家通过各种方法已经找到了10多个类似地球,且处在宜居区当中的行星。但这些行星上有无生命、有无液态水,我们并不知道。因为它们还是过于遥远,人类目前的望远镜很难直接看到这些星球上的种种细节。未来,或许我们可以通过一些间接的方式判断。未来可能出现的强大的望远镜,无论是地面的还是空间的,都可能帮到人类。

在美国科幻大片《星际穿越》里,当地球面临灾难时,宇航员借助虫洞,去遥远的宇宙寻找适合人类居住的地方,结果没有找到。而目前天文学家们所做的,就是为未来的人类移民提前选择目标。在电影当中,人类可以借助虫洞从太阳系内快速抵达遥远宇宙的某个地方。但现实中,星际旅行技术比寻找适合居住的系外行星更富挑战性。

米歇尔·马约尔被人问到“未来人类是否可以实现星际移民”时,回答是悲观的。因为在他可见的技术发展之下,人类很难在短时间内飞出太阳系、抵达距离我们最近的比邻星。按照估算,最快的探测器也需要几万年时间才能抵达比邻星。即使以《流浪地球》当中的5%的光速,也需要大约2500年才能抵达。

2018年年底,中国科幻作家刘慈欣获克拉克基金会“想象力服务社会”奖时说,虽然科幻小说不能预测未来,只能展示未来的多种可能性,但没有“星际旅行”的未来是阴暗的。他鼓励人们运用无穷的想象力,推动宇宙探索和星际移民。

(余余摘自《环球》2020年第12期)

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