世界地球日,最重要的一課卻來自天外世界

2021-01-13 天文在線

地球,幸運而又脆弱。

圖片來源:NASA/詹森航天中心(Johnson Space Center)航天員Karen Nyberg.

幾十億年來,這個星球上的生命與茫茫太虛之間的聯繫只有夜空中稍縱即逝的黯淡光芒。從閃爍的點點星光到鬈髮般氤氳星雲抑或是俶爾遠逝的彗星,鋪滿了夜空的畫卷。

麥克諾特彗星(Comet McNaught)2006年攝於澳大利亞維多利亞州(Victoria, Australia)圖片來源:維基共享庫(Wikimedia Commons)用戶Soerfm,使用c.c.-by-s.a.-3.0共享協議。

儘管美景如此,也沒能讓我們明白,我們的星球有多麼得特殊。至少在我們幸運地靠著人類的壯志、才智、科技與合作走入深空之前是這樣的。我們這個太陽系的大多數行星都如煉獄一般不適合像我們這樣的物種居住。

水星的表面,由NASA的信使號(Messenger)探測器拍攝。圖片來源:NASA/約翰斯·霍普金斯大學(Johns Hopkins University)應用物理學實驗室/華盛頓卡內基研究所(Carnegie Institution of Washington)

水星的表面沒有大氣。在白天,酷熱能把鉛熔化;在晚上,極寒能把二氧化碳凍成乾冰。這對生命來說著實是災難性的環境·。

金星表面。圖片來源:金星號著陸器/USSR

在金星上的情況甚至更糟;它的大氣壓力是地球上的90倍,並且層層疊疊的硫酸雲遮天蔽日。在金星上每一天的溫度無論日夜均超過水星上的最高溫度。在著陸到金星的眾多前蘇聯探測器中,堅持了最長時間的金星13號也僅運行了127分鐘就被融化了。

火星,從地表拍攝(左)和從太空拍攝(右)。圖片來源:NASA/JPL-Caltech/Cornell/ASU(左);NASA(右)

火星同我們發現的其他行星相比則更像是一個冰冷的沙漠世界。由於它的稀薄大氣和到太陽的遙遠距離,行星表面的水都會被凍成冰或者以水蒸氣的形式存在。或許幾十億年前這裡的環境還能支持生命的存在。但·火星因沒能保持住它的大氣而變成了一片不毛之地(就我們目前的了解來說)。

圖片來源:NASA/旅行者系列任務(Voyager missions),以真實的相對大小展示。

在太陽系中更遠的地方,還有一些有著層層疊疊的氫和氦的巨大行星;任何支持生命的複雜分子結構都將在幾千英裡的深海之下不復存在。 這些世界看起來絕對是壯麗無比的,並且可能擁有大小是我們自己星球的許多倍的巨大的巖石核,但是在目前,人類(或地球上任何形式的生命)還沒有已知的方法能在這些星球上定居。

木衛一(外文名lo,左)和土衛五(外文名Rhea,右)圖片來源:伽利略計劃(The Galileo Project),JPL,NASA(左)/卡西尼號成像團隊(Cassini imaging team,右)

這些氣態巨行星周圍的一些巨衛星更有可能可以支持生命存在,但是,在我們真正登陸之前都無從得知是否真的如此。 許多較小的衛星幾乎沒有大氣層(如右上方的Rhea),抑或是靠裡面的衛星有能撕裂世界並導致表面巖漿橫流的災難性潮汐力(如Io,在左上方)。有些星球可能對某些其他形式的生命更合適,而不是像我們這樣的生命形式。

圖片來源:NASA/ JPL-Caltech/亞利桑那大學(University of Arizona)/愛達荷大學(University of Idaho)(左);NASA/卡西尼號成像團隊(Cassini imaging team)(右),上了假色的土衛六(Titan)

泰坦(土衛六,Titan)是一顆巨大的土星衛星;擁有衛星中目前已知的最厚的大氣。在其表面的大氣壓力甚至地球上的還要高。並且這是目前發現的除地球以外唯一的表面上有液體流動的星球。由於因離太陽較遠那低得多的溫度和從土星及內核中獲得的微弱熱量,在這顆星球表面上的所有水都被凍得結結實實。然而,表面的壓力和溫度條件對於液態甲烷剛剛好。儘管它對地球上的生命來說並不適合居住(我們目前認為),但我們的生命形態也許並不是唯一的生命形態。

土星的冰封衛星恩塞拉都斯(土衛二,Enceladus,左),以及木星的衛星歐羅巴(木衛二,Europa,右),兩者在表面下都有深藏的液態水海洋。圖片來源:NASA/JPL-Caltech

除了土衛六之外至少還有兩個寒氣逼人的世界——歐羅巴(木衛二,右上)和恩賽拉都斯(土衛二,左上)。這兩顆星球的厚重冰層之下都有由液態水組成的龐大海洋。歐羅巴的冰封外殼上可以觀測到一些與其下的內核絲縷相連的運動;這與地球上的板塊運動非常相似。而土衛二上的海洋則更加的喧鬧;像間歇泉一樣的構造最多可把水噴至星球表面數百千米外;這可能是由土星的潮汐力造成的。

可以確定的是在那外殼之下肯定是有液態水的,並且由於海底的潮汐加熱作用,很可能能在那裡發現與地球海底的深海熱泉口相似的條件。因而那裡也可能支持生命的存在。

圖片來源:太平洋火山帶2006潛艇探索行動(Submarine Ring of Fire 2006 Exploration),美國國家海洋大氣管理局熱泉項目(NOAA Vents Program)。

當我們把目光投向太陽系外那廣闊的宇宙,生命有著無限的可能,甚至可能找到類似於地球的生命。我們不僅識別了恆星周圍的行星,還鑑別出以下幾類行星:

與地球質量、大小和密度大致相當的巖石行星。

宜居區中的行星,或與恆星相距適當距離,表面具有液態水海洋的行星。

可以通過光譜測量其大氣並確定其大氣的分子成分是什麼的行星。

圖片來源:ESA(歐空局) w/David Sing做了修改

當然,最終目標是要使一顆行星具備以上三個條件,並找到一個生物標記,即能說明那裡有生命存在的毋庸置疑的證據。 到目前為止,我們可以觀測得到前兩個,但是最多卻只能觀測與海王星大小相仿的行星的大氣層。 這需要望遠鏡技術取得重大進步,例如開發和部署遮星傘或是10米級太空望遠鏡,以達到能觀測類似地球大小的行星的大氣層的水平。

但是為什麼僅限於我們自己的銀河系呢? 畢竟,哈勃太空望遠鏡向我們展示了,無論我們在這裡,我們自己的星系中,發現了什麼——生命、像我們這樣的生命抑或是其他智能生命等——還有成千上萬的其他星系點綴在遠方,每個星系都有千百萬個生命的可能。

圖片來源:NASA/數字巡天(Digital Sky Survey),空間望遠鏡研究所(Space Telescope Science Institute,STScI),圖示的天空被選中做觀測,觀測距離比之前的都要遠,此圖片由哈勃太空望遠鏡拍攝。

在上世紀90年代,人類曾經選擇做的最勇敢的事情之一就是使用哈勃太空望遠鏡,將其指向一片……什麼也沒有的天空;甚至強大的地面望遠鏡也看不到任何星系、星雲和恆星的天空。

我們對著這個同一個的區域拍攝了整整342張照片:相當於花費了約10天的連續曝光時間。 如果沒有發現任何東西的話,這可能就是對哈勃太空望遠鏡的寶貴觀測時間有史以來最巨大的浪費。 畢竟,我們以前從未做過這樣的事。 我們使用望遠鏡是觀察那裡究竟是什麼,而不是去尋找那裡可能有什麼。 但是第一次,我們做到了。 在哈勃第二代廣域行星相機(Hubble’s Wide Field Planetary Camera 2, WFPC2)的助力下,以下就是我們所看到的。

圖片來源:R. Williams (STScI),哈勃深場小組和NASA。

當然,這其中有五六顆晦暗的恆星是在我們的銀河系中的,但除此之外呢?數千個星系:差不多有3,000個!就在這一片小之又小的夜空中! 自從第一次觀測開始,我們就一直在不斷地向著同一個方向發起攻堅——看得再深,再深一點。用更好的相機技術(和更長的觀察時間)充分利用每一個遠道而來的光子。在這之後,我們終於了解到了——但這仍然是一個下限——我們可觀測的宇宙中至少有大約2000億個星系。

然而,在這一切之後,在發現了那一小片夜空有什麼之後,在我們的太陽系的其他世界;在其他恆星周圍的類地行星,在茫茫星海中的無盡生命可能,我們的探索之路上有這樣多的可能。

但是。儘管如此,我們也只有一個地球。

圖片來源:NASA,阿波羅8號。

這張照片——著名的「地出」——是人類第一次用肉眼看到地球的全貌。目睹秀麗的地球從另一顆星球的天邊升起,太空人比爾 安德斯(譯者註:根據NASA的記錄,應為William Alison Anders,威廉 安德斯)有感而發,

我們歷盡萬難去探索月球,而其間最重要的發現則是地球。

每個太空人在離開地球和看到下面的世界時的描述都令人動情。他的夥伴,阿波羅8號太空人弗蘭克·博曼(Frank Borman)如下說:

當你終於站到月球的土地上回首望向地球時,所有的那些不同與種種民族特徵都會交融在一起,你會有一個想法,也許我們真的同屬一個世界,為什麼我們就***不能學會像個像樣的人一樣同別人共處呢。

其他從太空看到我們小小的藍色世界的太空人也表達了類似的情緒,比如阿波羅11號太空人麥可·柯林斯(Michael Collins):

當我望向地球時,有一種凌駕一切的古怪的感覺,那就是,我的上帝,那裡那個小東西是如此脆弱啊。

阿波羅9號和15號太空人戴夫·斯科特(Dave Scott)這樣說:

它真是一片綠洲——而且我們並沒有很好地對待它。我認為對這種意識的提升對拯救地球很有貢獻。

阿波羅14號太空人埃德加·米切爾(Edgar Mitchell),用帶著一些顏色和熱情語言表示:

你馬上就有了一種超越國別的意識、一個以人類為本的目標、對世界狀態的強烈不滿以及對這個世界做點什麼的強烈衝動。從月球上看,國際政治看起來是如此得小肚雞腸。讓你直想抓住一個政客的脖子,把他拖到25萬英裡外,然後說「看看這個,你個***。」

但也許最好的一句來自阿波羅7號太空人沃利·席拉(Wally Schirra),他總結他的太空旅行如下:

我離開地球三次,發現他鄉無處可尋。請務必好好照顧地球太空船。

因此,當我們展望未來時,當我們在宇宙中探索時,當我們增加對一切的認識和理解時,請記住我們的存在是多麼纖巧而脆弱。記住,這個世界花了數十億年的時間才孕育了人類,而我們存在的時間僅是九牛一毛。如果我們對世界漠不關心;那在我們目前面臨的數百個問題中,隨時都可能有一個會把我們自己從這個淺藍色的世界中抹去。

今年是第46個地球年,但每天我們都在影響和改造世界。當然,無論是有或是沒有我們,它仍然會繼續旋轉、沿軌道前進並像這個宇宙的其他星球一樣繼續運行。而我們的未來由我們自己決定。讓我們一同盡力把這個世界變得更好吧!。

作者:Ethan Siegel

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