2015年7月30日 | 380,123
宜居行星
地球是已知行星中唯一有生命的嗎？尋找太陽系外適合生命存在的行星，可由通過監(jiān)視類日恒星是否有微小的光度降低，來發(fā)現那些造成掩星的行星。使用這一方法，NASA的開普勒太空望遠鏡最近找到了700多顆新行星。這幅由藝術家繪制的插畫，展現了其中12顆軌道位于其母星宜居帶內的太陽系外行星。這些行星的溫度適宜，有可能存在液態(tài)水，因此地球上的水基生命有可能可以在這些行星上生存。雖然目前的技術還不能讓我們直接探測到外星生命，但尋找宜居行星已成為我們更好地認識自己在宇宙中地位的重要一步。
藝術家描繪的開普勒452b。它是首個在“類日”恒星宜居帶內發(fā)現的“類地”行星。NASA
首個系外行星發(fā)現至今已有二十多年，現在記錄在冊的系外行星數量有數千個。但僅在我們銀河系中，就還有數百億這樣的行星等著我們去發(fā)現。自從開普勒望遠鏡升空以來，系外行星搜尋已經變成一種例行公事。與此同時，所謂的系外“類地”行星數量也在逐漸增多。這些“類地”行星的體積足夠大，可以保留大氣；又足夠小，不至于成為氣體巨行星。它們的軌道與宿主行星的距離恰到好處，位于所謂的“宜居帶”內，避免了極端條件，使水能夠在其表面保持液態(tài)，因此人類所知的生命形式，應該能夠在那里存在。
從這些表述中，我們很容易聯想到一個地球的復制品，一個“類似于地球”的行星世界。那里有藍色的海洋，白色的云層，褐色的大陸，綠色的植被；而在這個世界的頭頂，還高懸著一個黃色的“太陽”。在媒體的影響下，我們很容易以為找到的就是這樣一個行星。
ESO
其實，現在每隔幾個月，NASA都會宣布發(fā)現了更好的“類地”行星候選者。這的確令人激動，但是與之相伴而來的，是一種經驗主義推測。每次新聞發(fā)布會都會向大家展示一張藝術渲染圖，上面描繪了一個藍綠相間的行星，乍看之下和我們的地球家園相差無幾。但是我們只要稍作分析，便會明白我們對這些行星的了解其實非常有限。因為在當下，我們只能從宿主恒星微乎其微的閃爍和擺動中推算行星的年齡、軌道、半徑和質量。
開普勒452行星系、開普勒186行星系與太陽系尺度之比較。開普勒186是個迷你太陽系，整個都在水星軌道以內。NASA
公平地講，這的確是個偉大的發(fā)現。這個行星系的發(fā)現，收窄了我們的視野，離我們最終在宇宙中發(fā)現與地球一模一樣的行星，或像地球一樣能夠維持生命的行星又邁進了一步。
有很多沖動，讓人們愿意相信這個行星“大表哥”是巖石質的，相信這個行星和我們地球相似。但是到目前為止，人們還沒有辦法直接拍到這些所謂“類地”行星的照片，連對它們的成份進行測定也非常困難。
因此這種貫穿在多年行星搜尋行動中的期待，必然要直面現實。在人類發(fā)現的諸多類地行星中，大部分行星都是氣體巨行星。根據理論模型，像開普勒452b這樣大小的行星是氣體行星的可能性依然存在。
系外行星系的構造也非常復雜多樣。比如有一顆行星的宿主恒星是脈沖星。這顆高速旋轉的脈沖星是超新星爆發(fā)的遺留物。沒人會相信這種奇特天體的周圍會有行星，但是它確實存在。許多圍繞“類日”恒星運行的系外行星軌道半徑非常小，它們熾熱無比，它們的一年只相當于地球上的幾天，它們的體積幾乎都和木星一樣大。
直徑比地球大60%的開普勒452b（右）和地球（左），以及恒星開普勒452（右）與太陽（左）之比較。這是一幅藝術家創(chuàng)作的概念圖。NASA
當前的主流行星形成理論是基于太陽系建立起來的，在描述其他行星系時面臨著非常大的困難，幾乎所有觀點都需要修正。許多系外行星系的構成方式和太陽系相差懸殊。太陽系的布局甚至有可能是個例外。要完全了解其中的真相，還需要幾十年的努力，同時也需要一點點的運氣。未來的我們回顧今天的認識時，必然會發(fā)現是多么的膚淺。
所以當我們在媒體上看到“類地”行星被發(fā)現時，應該設想一下各種不同的情況。雖然新發(fā)現的開普勒452b位于宜居帶，但是仍然存在著許多不確定因素。
下圖呈現的就是金星，它正在從太陽表面凌越而過。這是個沒有藍海和綠洲的世界，我們只能看到一個剪影和大氣折射出的昏暗光暈。這種情況和我們通過凌越法尋找系外行星的原理相似。
金星凌日。JAXA
但是在1950年代，人們普遍認為金星是“另一個地球”。
金星的大小和地球幾乎一樣，只是稍稍靠近一點太陽。所以金星確實應該熱一點。但是金星濃密的云層給了天文學家希望，因為它能把陽光反射回太空，避免地表過熱。也許金星是個雨林世界，遍布茂密的森林和水汽氤氳的沼澤。
但是當探測器在金星上著陸后，希望徹底破滅。那里是地獄。它有一個懸浮著硫酸微滴的二氧化碳大氣，在這個濃密大氣的下方，是一片熾熱的焦土。
金星表面。金星9號
火星在人類進入太空時代以前，也被認為是一個覆蓋著植被的行星，人們甚至以為那里有能夠建造運河的古代文明。但實際上它卻是個寒冷而干燥的粉塵世界，只是可能曾經有生命。即使現在還有生命，也只能在夾縫里求生存。
火星表面。NASA
我們今天必須要直面的現實是，發(fā)現潛在的宜居行星，還需要等待非常漫長的時間。即便我們找到了這樣的行星，也會發(fā)現它們可能只是19世紀先祖?zhèn)冇^測到的這些地球近鄰。
光年之外的外星文明，假如用我們現在的方法在太陽系尋找行星，那么在這顆黃色的“類日”恒星周圍，金星、地球和火星都會被歸入“宜居”行列。也許要等到它們中的某些“狂熱分子”向金星派出度假飛船后，真相才會大白。
