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从首颗系外宜居行星说起

2013-03-11 18:58:23

从首颗系外宜居行星说起

尹怀勤

法国科学家发现了太阳系外第一颗满足维持生命重要条件的行星。这是人类在寻找系外类地行星征程上获得的首项重要成果,将有助于科学家发现更多系外宜居行星甚至外星生命。

 

已发现的太阳系外行星

在宇宙中寻找类地行星和地外文明,是人类自古以来的愿望。在技术落后的古代,这一愿望仅能停留在想象之中。1995 10 6 日,两位瑞士天文学家发现太阳系外第一颗行星,人类看到了实现这一愿望的曙光。从那时起,人类发现系外行星的步伐加快了。

1998 年末,天文学家在太阳系外发现的行星总数已达26 颗。

1999 1 7 日,美国天文学会宣布,根据哈勃太空望远镜1998 10 月的最新发现,宇宙中约有1250 亿个星系。我们知道,银河系仅是其中的一个普通星系,太阳仅是银河系3000 亿颗恒星中的一颗普通恒星,地球仅是太阳系八大行星中的一颗中等个儿的行星。这大大增强了科学家们寻找系外类地行星的信心。

地球之所以存在生命并出现了智慧的人类,主要是因为地球具有适当的温度、大量的水和稠密的大气。太阳系中日地平均距离为1.496 亿千米,被定义为1 个天文单位,这是使地球具有生命所需温度的重要因素。同时,作为岩石质行星的地球,其本身的重力能够吸引住海洋和大气层。因此,要在宇宙中寻找生命,就要搜索与恒星距离接近1 个天文单位的类地行星。据此推算,在银河系中可能具有智慧生物和文明社会条件的行星应达50 多万个。

1999 1 月中旬,一个国际天文研究小组宣布,他们于1998 7 月发现了太阳系外第一颗类地行星。该星距离地球2.5 万光年,直径稍大于地球,质量亦比地球稍重一点,并围绕着一颗热度与太阳一样的恒星运行,两者距离在1 4 个天文单位之间,但尚无法证明它上面是否存在水或其他任何可以维持生命的要素。这是人类发现的第27 颗系外行星。截止2009 4 21 日,科学家共发现了343 颗系外行星,其中仅有8 颗类地行星,其他均属于体积较大、由气体组成的类似木星的行星,不适合孕育生命。迄今,科学家共发现了500 多颗系外行星。

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在已发现的系外行星中,有的是单星围绕恒星运转,有的是多星围绕恒星运转,犹如太阳系的情况一样。个别的也有单星围绕双恒星运转。行星与恒星的距离有小于1 个天文单位的,也有大于1 个天文单位的。行星的体积、质量和构成虽然大多属于类木行星,但也有少数属于类地行星。这都说明找到可以孕育生命的类地行星的可能性越来越大了。由此可见,发现首颗系外宜居行星乃是情理中的事情。

 

新发现的宜居行星特征

法国科学家新发现的首颗系外宜居行星,名为葛利斯581d,围绕一颗红矮星——葛利斯581运行。红矮星的温度和光亮度均比太阳低很多,故又称为冷恒星。葛利斯581 距离太阳20.4 光年,是太阳的近邻之一。令科学家兴趣盎然的是,葛利斯581 共计拥有六颗行星,构成了类似太阳系的葛利斯581 行星系统。6 颗行星环绕葛利斯581 的运行轨道都近圆形的,偏心率很小。2007 年发现的葛利斯581d 仅是其中的一颗行星,其体积约为地球的2 倍,质量至少是地球的7 倍。最初科学家认为,它距离冷恒星葛利斯581 较远,温度过低,不利于生命存活。2009 4 21 日,瑞士天文学家迈克尔·梅耶宣布,葛利斯581d 绕行周期为66.8 天,说明它距离其母星的位置恰处于可维持生命存活的宜居带。

最近,巴黎拉普拉斯学院的科学家运用能够模拟地球之外气候的最新计算机模型证实,该行星上存在对生命至关重要的水,有充满液态水的海洋,也有云团和降雨现象,其温暖湿润的程度和环境条件适合类地生命生存。葛利斯581d 接受的恒星辐射量不到地球从太阳得到的辐射量的三分之一,而且可能被潮汐锁定;只有一面永远朝向恒星,背面是永久的黑夜,就像月球绕地球运行的情况一样。葛利斯581d 大气层中由于含有高浓度的二氧化碳,产生温室效应,因此能够有效储存热量。加之恒星发出的红光亦可穿透大气层,暖化表面,因此它具有满足生命存活的温度,恰好让水维持液态。登陆葛利斯581d,仰望苍穹,你会看到天空一片暗红,同时你会步履蹒跚,因为在这颗星球上,你的体重是在地球上的两倍。

参与该项研究的科学家罗宾·华兹华斯表示,此一最新发现非常重要,因为用气候模型证明某个行星上可能适合生命存活,这在科学史上尚属首次。他还说:“我们在系外探索中每获得一个新发现,都让我们更加确信,宇宙中各种星球所具备的多样性远远超出我们此前基于对太阳系的研究所获得的经验。”科学家们认为,这一发现为在宇宙深处找到更多适合生命存活的星球铺平了道路,一些此前非常陌生甚至完全出乎意料的系外行星或许也具备孕育生命的条件。葛利斯581d 由于距离地球较近,因此随着下一代望远镜的出现,科学家们或许就能直接观察它了。

 

怎样探索外星智慧生命

话说回来,即使找到了像葛利斯581d 一类的系外类地宜居行星,也并不等于找到了外星生命,更不等于找到了地外文明。科学家们除要对其本身条件进行研究外,还要从中挑选出环绕长寿命恒星公转的类地宜居行星。因为孕育生命和生命进化需要漫长的时间,几亿年寿命的恒星无法给它周围的行星提供这样的支撑条件。从地球出现生命到灵长类动物进化为人类,这一过程用时长达38 亿年之久。由于红矮星比太阳这类恒星的寿命还要长,因而葛利斯581d 如果有生命,其进化到智慧生物的时间是有保证的。

下一步是要对满足上述要求的系外类地宜居行星的大气组成进行光谱分析。因为大气中同时含有氧气和甲烷乃是存在生命的重要征兆,所以通过对恒星光线穿透行星大气情况的分析时,如果发现了上述状态的存在,就说明行星可能有生命迹象。充足的氧气可使甲烷较快地转变成水和二氧化碳,因此氧气和甲烷同时存在,意味着甲烷有补充的来源。虽然产生甲烷的途径可分为生物体和非生物体两种,但终究给寻找地外生命提供了线索。美国宇航局和欧洲空间局计划在2020 年前发射用于观测位于恒星宜居带中的类地行星的航天器,主要目的就是对行星大气进行光谱分析。

找到了具有生命征兆的系外类地行星以后,人类就可用大型射电望远镜和光学望远镜对其做进一步搜查,探测它有无特殊的无线电波或激光信号,以判断那里是否存在达到技术文明水平的智慧生命了。不言而喻,只有发现了地外文明主人的存在,人类才能设法沟通。至于交往,那只能等到光子火箭问世以后才能付诸实施。大多数科学家相信,随着最先进的科技成果的运用,人类一定能在寻找地外生命和地外文明的探索中,从量变的积累达到质变的飞跃,最终发现新奇而又亮丽的世外桃源。


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