500光年外的兄弟

劉茜

對于人類來說，500光年的距離，似乎是無限大的。仰望星空時，我們不禁會想：在這個無窮的宇宙中，我們會不會有其他兄弟、伙伴呢？其實，樂觀的科學(xué)家已經(jīng)告訴我們，宇宙中一定會有和人類一樣，具有高等智慧的同伴。而我們之間這心與心的距離，或許就是500光年。

2014年4月，美國國家航空航天局（以下簡稱“NASA”）宣布他們通過開普勒空間望遠鏡發(fā)現(xiàn)了一顆位于恒星“宜居帶（habitable zone）”中的類地行星。這顆地球的“遠房兄弟”名叫開普勒-186f，位于天鵝座，是圍繞在開普勒-186這顆恒星周圍的第五顆行星，大小約為地球的1.1倍。迄今為止，開普勒-186f是地球人發(fā)現(xiàn)的“最像地球的行星”。

探索宇宙深處的眼睛

開普勒空間望遠鏡發(fā)射于2009年3月，其主要任務(wù)就是尋找圍繞其他恒星運行的“系外行星”，特別是位于或鄰近恒星宜居帶內(nèi)的類地行星。它指向的天區(qū)是天鵝座內(nèi)一片大約10平方度的區(qū)域，這里遠離黃道，不會受到陽光的干擾，也不會被黃道面上的太陽系小天體遮擋。

開普勒望遠鏡主要使用“凌星法”來尋找系外行星。當(dāng)行星從恒星前方經(jīng)過的時候，由于遮擋，會讓遠方的望遠鏡觀測到的星光微微變暗。開普勒望遠鏡監(jiān)視著15萬顆恒星，每30分鐘測量一次它們的亮度。如果發(fā)現(xiàn)某顆恒星的亮度變化符合行星運動的規(guī)律，則認為它擁有行星。凌星法是最常使用的尋找系外行星的方法，迄今通過它確認的系外行星共有1134顆，占據(jù)所有已發(fā)現(xiàn)系外行星總數(shù)的2/3。

凌星法對行星的運行角度要求很高，行星必須對恒星有所遮擋才能被我們發(fā)現(xiàn)，而且越小的行星越難被察覺，因此目前發(fā)現(xiàn)的系外行星中，類木行星比類地行星多得多。實際上，這并不是宇宙中行星類別的真實體現(xiàn)。從我們的太陽系來看，類木行星和類地行星的數(shù)目是相當(dāng)?shù)摹?/p>

開普勒-186是開普勒空間望遠鏡發(fā)現(xiàn)的第186顆帶有行星系統(tǒng)的恒星。天文學(xué)家在恒星的名字后面加上小寫字母來命名圍繞它運行的行星，按照發(fā)現(xiàn)順序，第一顆被發(fā)現(xiàn)的行星是b，第二顆是c（字母a可以用來代表母星自己，因此不用在行星上），以此類推。目前發(fā)現(xiàn)的擁有行星的恒星中，HD 10180（HD星表里的第10180顆恒星）是家族最龐大的一個，擁有少則7顆、多則9顆行星，字母排到了j?？磥?，這個命名系統(tǒng)暫時還不會出現(xiàn)字母不夠用的情況。

尋找新的生命空間

恒星的“宜居帶”，指的是在一個恒星周圍，其距離允許行星表面存在液態(tài)水的范圍。由于行星通常都集中在一個盤面上圍繞恒星運動，這個區(qū)域基本上是環(huán)帶狀的，恒星越亮，環(huán)帶中心離恒星就越遠。這條“生命之環(huán)”，目前暫時還是天文學(xué)家判斷一顆行星上是否可能存在生命的最重要依據(jù)。

為什么液態(tài)水在尋找地外生命時顯得如此重要呢？因為與生命相關(guān)的許多重要生化反應(yīng)都需要在溶液中進行，而液態(tài)水是宇宙中含量最豐富的優(yōu)良溶劑。從邏輯上推斷，宇宙中含量越豐富、越活躍的物質(zhì)，參與形成生命的可能性也就越高。當(dāng)然，我們并不能排除以其他溶劑作為基礎(chǔ)的生命形式的存在，但地球人一切關(guān)于生命的知識，都只來自于我們見識過的那些生命形式，相關(guān)的推測和想象也不得不脫胎于此。就我們的認識而言，生命體必須具備與外界持續(xù)進行物質(zhì)和能量交換的能力，而我們能設(shè)想的種種相關(guān)生化反應(yīng)，幾乎都離不開液態(tài)水。

不過，液態(tài)水的存在與否不僅僅是由與恒星間的距離決定的，它與行星自身的質(zhì)量、反照率、尤其是大氣等因素都有關(guān)系。比如在我們的太陽系中，金星、地球和火星都位于宜居帶內(nèi)，但只有地球表面有液態(tài)水?！耙司訋А敝皇且粋€粗略的范圍，越靠近它的中央，行星具備液態(tài)水的可能就越大。開普勒-186f是迄今為止發(fā)現(xiàn)的位于宜居帶的系外行星中大小與地球最相近的一個，但它的母恒星開普勒-186比太陽小，宜居帶也很窄，所以雖然這顆行星的軌道半徑只有地球軌道的三分之一，卻已經(jīng)位于宜居帶的外側(cè)，與火星的地位相仿。

在向公眾宣布發(fā)現(xiàn)“第二顆地球”之前，科學(xué)家已經(jīng)使用射電望遠鏡陣列對準開普勒-186觀察了一個月。不過，他們還沒能接收到任何疑似與外星文明相關(guān)的信號。當(dāng)然，考慮到開普勒-186距離我們足有500光年之遙，把任何信號的輻射總量平均分布到一個半徑為500光年的球面上，其輻射強度都會非常微弱，超過了目前地球射電望遠鏡的探測極限。要探究這顆地球堂兄弟的生命現(xiàn)狀，還需要未來更強大的望遠鏡提供支持。

人類發(fā)現(xiàn)的第500顆系外行星

人類發(fā)現(xiàn)的第500顆系外行星是開普勒-8b，它是開普勒望遠鏡首批發(fā)現(xiàn)的5顆行星之一。開普勒-8b是一顆“熱木星”，半徑是木星的1.4倍，表面溫度高達一千多度。由于離母恒星太近，只需要三天半的時間就繞母恒星公轉(zhuǎn)一周。

500光年，生命存在的距離

目前，開普勒望遠鏡已經(jīng)找到了幾十顆位于宜居帶之內(nèi)的系外行星。別忘了，它的探測距離只有幾千光年，搜尋的只是天空中非常小的一個天區(qū)，還不到全天面積的1/4000。而且它的搜尋方式對角度的要求很高，只有盤面和我們的視線方向接近的行星系統(tǒng)才能被發(fā)現(xiàn)，每確認一顆地球大小的類地行星還需要從至少3年的連續(xù)數(shù)據(jù)中進行分析。所以，已發(fā)現(xiàn)的這些行星無疑只占所有行星系統(tǒng)中的一小部分。由此天文學(xué)家估計，在整個銀河系內(nèi)，位于宜居帶內(nèi)的類地行星數(shù)目可能達到400億顆，其中大約有110億顆圍繞著與太陽相似的恒星旋轉(zhuǎn)。

由于生命的演化需要相對平穩(wěn)的環(huán)境，質(zhì)量太大或者太小的恒星都無法滿足這一點。實際上可能具備生命的行星范圍，應(yīng)該限定在圍繞著類似太陽的恒星運轉(zhuǎn)的那110億顆宜居帶行星上。除此之外，某些新生的氣態(tài)巨行星具備自己發(fā)熱的能力，它們身邊也有一個小小的“宜居帶”，在它們的衛(wèi)星上，也有存在生命的可能。

在這100多億個位于宜居帶內(nèi)的星球里，假如每一萬顆中有一顆能夠發(fā)展出生命，那么整個銀河系里具備生命的星球大約有100萬顆。銀河系是一個直徑10萬光年、平均厚度2000光年的圓盤，假如這100萬顆星球在銀河系里隨機分布的話，彼此之間的平均距離應(yīng)該是大約500光年，正好和開普勒-186f與我們的距離差不多。

500光年，差不多也是目前地球上的射電望遠鏡接收文明信號的極限距離。但很顯然，有能力進行星際通信的高等智慧生命間的平均距離，還在500光年之外?？磥恚獙で髞碜酝庑俏拿鞯男盘?，還需要未來的大型望遠鏡和新的觀測技術(shù)出現(xiàn)才行了。endprint