外星生命之謎|發現超級地球,外星生命還會遠嗎?

2020-12-06 科學聲音

看了上面兩節,你可能已經感覺到了,宇宙中到底有沒有外星人這個問題的關鍵在於:宇宙中還有沒有跟地球環境差不多的星球?

正是這樣。如果宇宙中存在大量的跟地球環境相似的星球,那它們也就有可能像地球一樣演化出生命。所以尋找外星人的路徑除了直接在太空中搜尋和探測之外,就是先尋找與地球環境相似的外星球。

早在 1998 年,就有一顆名叫格利澤 876的紅矮星引起了人們的極大興趣,因為在這個恆星系中發現了行星。要知道,在二十年前,發現一顆太陽系以外的行星那可是天文界了不得的大事。不過,這些行星都是像木星一樣的氣態行星,不太可能孕育智慧生命。

格利澤 876

但天文學家沒有放棄對格利澤 876 恆星系的搜索。終於,在 2005 年 6 月 13 日,人類在這裡發現了第一顆超級地球!

什麼是超級地球?天文學界一般把質量不超過地球的 10倍,直徑大約是地球 1.25 – 2 倍之間的巖石星球稱為"超級地球"。這顆超級地球被命名為格利澤 876d,距離我們地球僅為 15 光年,15光年在宇宙的尺度上是個很近的距離了。

那為什麼要叫 "格利澤"呢?因為它是一個星表的名稱,以德國天文學家格利澤命名。這份1957年發布的星表,到現在一共收錄了距離地球 72 光年之內的1529 顆恆星。

但是,找到太陽系外的"超級地球"還僅僅只是第一步,因為對於生命來說,光有固體的表面是遠遠不夠的。更關鍵的,是要找到"液態水",只有找到了允許液態水存在的行星,我們才能指望這顆行星上面存在生物。而一顆行星要允許液態水的存在,它的條件是極為苛刻的。

首先,它圍繞恆星旋轉的區域同恆星之間的距離必須要合適,不能太遠也不能太近,使得行星表面的溫度不高不低,剛好可以允許液態水的存在,這個區域也被稱為"宜居帶"。行星要位於宜居帶的概率可不高啊,如果把太陽系想像成一個足球場那麼大,你用美工刀在太陽周圍畫個圈,那個美工刀刻出來的劃痕差不多就是宜居帶的寬度了,你想想這是多麼窄。

然後,恆星的質量也必須和地球差不多,

如果太大,會導致引力很大,大氣過於稠密;太小,則引力又無法吸附住大氣,如果沒有大氣,行星表面就無法存在液態水。聽上去非常稀有,但是,你要知道宇宙如此廣大,再小的概率,在宇宙中發生的情況也會比我們想像的多得多。

比如啊,在距離地球 20.4 光年之外有一顆編號為格利澤 581 的紅矮星,它的質量是太陽的三分之一。在這個紅矮星的星系中就藏著一顆我們期待中的行星。2007年4月,天文學家在這裡同時發現了兩個超級地球,其中有一顆就恰巧位於宜居帶內。這顆星球獲得的熱量雖然只有地球的 30%,比火星還要少,但是由於它的質量和體積較大,有可能擁有大氣且存在溫室效應,因此表面可能存在較大面積的海洋。但當時,這個發現並沒有引起太多的關注。真正讓超級地球火爆起來的是 2010年。

2010 年 9月 30 日,一則激動人心的消息傳來。又一顆位於宜居帶的超級地球被發現了,這就是格利澤 581g!它大概有 2 個地球那麼大,而且所處的位置給了江河湖泊以存在的條件,所有一切條件都夢幻般的合適。它一下子讓人類意識到像"地球"這樣的行星存在的概率原來比想像中還要高出很多。

圖格利澤581g的假想圖

看來地球並不孤單!是的,這還要感謝克卜勒空間望遠鏡,是它幫助人類發現了格利澤 581g。克卜勒空間望遠鏡是 2009 年 3 月 6 日由美國航空航天局(NASA)發射升空的,這可是那年天文學界的一件大事。這架望遠鏡的目的很直接,是專門為了尋找系外行星而設計的,它攜帶著人類智慧的精華,裝備精良。克卜勒望遠鏡沒有讓天文學家們失望,在接下去的將近 10 年中,它都是系外行星搜尋的頭號主角。

克卜勒上天以後,激動人心的消息以月為單位不斷傳來,令人們應接不暇。

2011 年 12 月 5 日,NASA 首次證實找到了一顆迄今為止環境最接近地球的行星,這顆最新確認的系外行星名為克卜勒-22b(Kepler-22b),個頭也差不多是 2 個地球那麼大。

圖:藝術示意圖:克卜勒-22b

圖:克卜勒-22b行星系統和太陽系行星系統對比圖

這顆行星距離地球約 600 光年,它的一年相當於地球的 290 天。並且它圍繞運行的中央恆星和我們的太陽非常相似,只是質量稍小,溫度也相應低一些。它的表面溫度是非常適合生命發展的 21 攝氏度。雖然科學家目前仍不清楚該行星的組成,大部分是巖石呢還是氣體或液體?但 NASA 的科學家表示,這顆行星是目前為止發現的地球之外最有可能出現生命的星球。

你先別激動,可以考察的星球還有好多呢!克卜勒望遠鏡可猛了,截止到 2017 年 8 月,綜合英文維基百科和 NASA 官網提供的數據,天文學家已經發現了將近 5000 顆系外行星候選者,超過 3200 顆已被確認,其中的 80%以上都是由克卜勒空間望遠鏡所發現的,這其中被確認位於宜居帶的行星有 53 顆。發現的速度和數量越來越高,以至於現在再宣布發現系外行星都不是什麼新聞了。最近的一次天文大消息是 2017年 8 月,天文學家在距離地球僅僅 4.23 光年的比鄰星附近也發現了一顆超級地球,而且也處在宜居帶內。不過這次的發現是歐洲南方天文臺做出的。

天文學家們已經用明確的證據向我們證明了,宇宙中不但有類地行星,而且數量很多。

那麼,接下去科學家們又該如何在這些類地行星上尋找生命存在的證據呢?如果你覺得只需要用天文望遠鏡對準這些行星,更加仔細地觀察就可以了。那你就大大高估了人類望遠鏡的實力了。其實啊,出現在媒體上的那些外星球的樣子都是我們根據了解到的情況畫的假想圖,並不是真正拍到的照片。真實情況是,克卜勒望遠鏡並不能直接看到那些系外行星,而是利用一種叫行星凌日的現象來間接觀測系外行星的。

行星凌日就是從我們這裡看過去,我們所觀測的這顆行星,從它圍繞旋轉的那顆恆星表面飛掠過去。這時候,那顆恆星——也叫宿主星的亮度就會稍稍減少一點兒,就是靠著這一點點亮度的變化,科學家們就可以推測出那顆行星的物理狀況。但是,要找到生命的跡象,克卜勒望遠鏡就無能為力了。

好在科學家們又想出了別的辦法,要尋找外星人,科學家們的計劃是分成三個階段:

第一階段,通過更高解析度的望遠鏡分析系外行星大氣折射出來的光芒,例如即將上天的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡就有這個能力,它是美國宇航局取代哈勃太空望遠鏡的下一代神器。當恆星的光芒透過行星的大氣,再被詹姆斯韋伯望遠鏡看到,我們就能分析出行星大氣的成份。

第二階段,在大氣中尋找生命指徵氣體。什麼是生命指徵氣體呢?就是那些很有可能是生命活動產生的氣體,例如,氧氣就是最強烈的生命信號。因為氧氣很活潑,幾乎可以和各種常見元素發生化合反應,所以很難長期穩定地獨立存在。如果行星的大氣中有氧氣,說明該星球上一定有產生氧氣的機制,而光合作用就是最有可能的氧氣來源,大家知道,光合作用正是我們已知生命的重要特徵之一。

第三階段,一旦我們鎖定了一顆含有生命指徵氣體的星球,那麼,生命存在的可能性就極大,也就同時有了存在智慧生命的可能性。下一步該怎麼做呢?有兩個方案,一是朝這個恆星系發射無人探測器;二是給這顆行星發電報,期望收到外星人的回電。當然,這第三步是否要走目前科學界還存在較大的爭議。因為有很多人認為,外星人可不一定是友善的,地球在宇宙中的位置一旦暴露,有可能遭致外星人的侵略。當然,也有很多人認為這種擔心是杞人憂天,完全沒有必要。

我想,一旦人類完成了前兩步,這第三步是否要走,一定又會引發一場全球大辯論。說實話,這事我也覺得很糾結,不過,美國著名的科普人卡爾·薩根和阿西莫夫都是支持要主動與外星人聯絡的。

最後我想說,人類是孤獨的嗎?科學家追尋這個問題的答案已經超過了半個世紀,目前依然是一個世界未解之謎。但科學不會停止探求真相的腳步,人類會一直追尋這個謎題直到找到答案!

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