天外异乡：寻找新的地球编辑本段回目录
撰文：蒂莫西 · 费里斯 TIMOTHY FERRIS
翻译：王晓波
在人类的整个历史中，已知存在于宇宙中的地球是唯一的。但在被现代科技拓展到极致的人类视野中，新的地球也许很快会一个又一个地涌现。
人类花了几千年时间探索自己的星球，又花了几百年了解与之比邻的行星，但时至今日，我们每天都在发现新的世界。天文学家迄今已识别出370颗以上的“系外行星”，即环绕太阳以外的恒星运转的新世界。许多行星极尽奇特之能事，足可佐证生物学家霍尔丹的名言“宇宙不仅比我们所想的要古怪，而且古怪得超出我们所能想象的极限”。距地球260光年有颗类似伊卡鲁斯小行星的“火热土星”，绕着母星急速旋转，快得令它的一年只有不到三天。被烤得炽热的“火热木星”围绕150光年之外的另一颗恒星旋转，它的上层大气被炸飞，形成了一条如彗星般的巨大尾巴。还有三颗暗无天日的行星环绕的是一颗脉冲星——某颗庞大恒星的遗骸，坍缩成一个相当于中型城市大小的飞旋的原子核——而另有不计其数的行星显然落入了各自的太阳烈焰中，或是被甩出其行星系，变成了“漂泊者”，在永恒的黑暗中漫游。
在如此林林总总的怪诞之中，科学家们渴求的却是一丝熟悉：和地球相似的行星，在恰到好处的距离上——既不太冷也不太热，适于养育生命——围绕自己的恒星旋转。然而符合条件的星球仍一颗都没找到，大概是由于它们太不显眼了。要把如地球般微小晦暗的行星从其恒星的炫目光辉中找出来，就好比在焰火表演的现场看一只萤火虫；而要检测出此行星对此恒星的引力影响，则有如在龙卷风中听一只蟋蟀低鸣。不过，天文学家把科技推向了极致，发现另一颗地球、向其求索生命迹象的这一天正在迅速接近。
至今，被拍下照片的系外行星只有11颗，都是又大又亮，而且远离母星，易于察知。其他大多数系外行星都是用多普勒光谱技术检测出来的：分析恒星发出的光线，以得出它受到行星引力牵扯的证据，这是一种极其轻微的往复变动的作用力。天文学家近年已极大地完善了多普勒技术，一颗恒星即便以区区每秒1米的速度(差不多等于人类的步速)被拖离预定轨道，也逃不过他们的法眼。这足以检测到某恒星在遥远轨道上的大行星，或者与之很接近的小行星，但我们的地球个头不大不小，在1.5亿公里的距离上围绕其恒星(太阳)旋转，像这样的行星让现有光谱技术无能为力。地球拉动太阳的速度仅有人类步速的十分之一，相当于婴儿爬行，天文学家还不能从遥远恒星的光线中拣取如此微弱的信号。
另一种检测手段是观察恒星的亮度是否周期性地轻微减弱，这种现象在某颗行星旋转到恒星之前、阻挡部分光线的时候便会出现，名为“凌星”。宇宙的所有行星系中，至多有十分之一处在恰好的走向，使其凌星现象能够从地球上观察到。这就意味着天文学家要耐心监测许多颗恒星，结果可能只捕捉到几次凌星。目前，法国COROT人造卫星执行的首要任务已到了第三个也是最后一个年头，它发现了七颗凌星的系外行星，其中一颗只比地球大百分之七十。
美国的“开普勒”探测器是COROT的继任者，但目标更为远大。它于去年3月从卡纳维拉尔角升空，本质上就是一架0.95米光圈、9500万像素的特大数码相机，每30分钟拍摄一批宽视野照片，捕捉天津四和织女两颗亮星间超过10万颗恒星的光线。地球上的计算机持续监测着所有这些星辰的亮度，一旦发现有可能代表着行星凌星的轻微变暗现象，便会报知相关人员。
星光变暗的效果也可以由其他天文现象制造出来，比如一颗变星的脉动，或者一个大的太阳黑子从恒星表面移过，因此，监控“开普勒”的科学家们要观察到至少重复三次的凌星现象，才会宣布一颗行星存在——对于一颗在靠近恒星的轨道上疾走的行星，这个监测期可能只有几天或几周，而对于一颗类似地球的缓步者则要长达数年。把“开普勒”的发现与多普勒技术的观测结果综合起来，天文学家有望确定凌星之行星的半径和质量。如果他们一番努力后发现了某颗岩石构成的行星，而且它与地球差不多大，轨道处于适合生命栖居的区域——与恒星的距离不会近得令全球水分蒸干，又不会远得滴水成冰——那么他们便算是找到了生物学家们心目中的有希望的生命家园。
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图1：像不像我们的地球家园？这是葛利斯恒星系（the Gliese system）中四颗围绕轨道运行的行星，其中包括新发现的Gliese 581 e (前景)和581 d。前者是一颗岩石星，大约是地球重量的2倍；后者可能存在液体状态的水。该恒星的亮度不如我们太阳，距离我们20光年。
图2：250亿英里之外，被飞扬的尘土遮蔽真实面目的Fomalhaut b。这张照片被哈勃太空望远镜拍到，也是在我们太阳系之外被直接拍摄到的行星照片之一。中心部分的恒星耀光被行星遮挡。
图3：去年3月，美国宇航局在南佛罗里达州的卡纳维拉尔角发射了开普勒望远镜，吸引了大批人群观看。开普勒的任务是密切关注10多万颗地球大小行星的各种迹象。
图4：这是业余天文学家在新墨西哥州拍摄的地球旋转的照片。为了观察遥远的世界，寻找生命的初创期，各种新颖的太空和地面观测仪器一起上阵，通过电磁波谱搜索宇宙中各种大小的天体。
图5：天文学家知道闪烁的光芒中可能有绕轨道运行的行星。当某颗行星，例如金星，从太阳表面穿越时，这颗恒星的表明会出现暗点，尽管这种变化是那么微弱。由于2009年开普勒太空望远镜的发射，现在可以同时监测近20万颗恒星表面的光影变化。未来的任务将围绕于可居住区发现的行星，分析其大气化学成份，侦测水和氧气的存在。那个最大的疑问很可能这样回答：我们并不孤单。
图6：这是某颗恒星身边看到一颗行星，距离我们500光年，但要确定它是否绕着该恒星运转，也许还要等上两年。这颗潜在的巨大行星是木星质量的8倍，它与自己恒星的距离大约是海王星与太阳之间距离的11倍。
图7：大多数新发现的太阳系外巨行星距离自己的恒星较近。这是一幅从它的月球所见的艺术构想图，一颗被光环围绕的巨大行星，距离其恒星较近。这颗月球表面的冰已经融化，形成的海洋深度可能达数百英里，极有可能成为生命的栖息地。
图8：由哈勃太空望远镜拍摄到的壮观的阔边帽（Sombrero）星系，距离地球是2800万光年。其尘埃的宽边横跨50000光年。其中心黑洞的质量相当于10亿个太阳。
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美国航天局的电视直播画面显示，发射65分钟后，总投资近6亿美元的“开普勒”太空望远镜开始进入预定轨道，当时它距地球大约721公里。它将在这一轨道试运行两个月，随后正式开始执行探索任务。
在为期至少3年半的任务期内，“开普勒”太空望远镜将对天鹅座和天琴座中大约10万个恒星系展开观测，以寻找类地行星和生命存在的迹象。
美国航天局负责科学任务董事会的副局长埃德·魏勒在发射前表示，“开普勒”太空望远镜试图回答这样一个问题，即太阳系外是否有类似于地球的行星。这不仅是科学问题，也是人类探询的一个基本问题。
美国航天局公布的资料显示，“开普勒”太空望远镜携带有迄今人类向太空所发射航天器携带的最大的光度计，它将通过观测行星的“凌日”现象搜寻太阳系外类地行星。
类地行星是指类似于地球的行星。天文学家认为这些行星上可能有生命，因而有研究意义。在地球上搜寻类地行星面临的一大困难是缺乏观测手段，因为在类似太阳系的遥远星系中，恒星和行星的距离往往较近，恒星发出的强烈光线会掩盖行星，使地球上的天文望远镜观测不到。
名字：以生活在16世纪至17世纪的德国天文学家约翰内斯·开普勒的名字命名。他发现了著名的“开普勒行星运动三定律”，为天文学发展做出巨大贡献。
外形：主体大致呈圆筒状，直径2.7米，长4.7米。
功能：携带的光度计装备有直径为95厘米的透镜，还装备有95兆像素的CCD感光设备。它具有极其灵敏的观测能力，在太空中可以发现地球上晚间一盏普通灯被关闭的光线变化。
轨道：将绕太阳飞行，其运行轨道和地球轨道基本重合，一个周期约为372天。
如何探测类地行星
在计划3年半的任务期内，“开普勒”将主要通过观测行星的“凌日”现象来搜寻太阳系外类地行星。“凌日”是指在观测者看来，行星从其母恒星前面经过的现象。比如在地球上可以观测到水星凌日或金星凌日，这时人们看到太阳表面上仿佛有个小黑点在缓缓移动。同样，观测其他恒星系统时也会看到凌日现象，“开普勒”便是通过相关观测数据来计算行星的特点。
“开普勒”可以测量凌日行星的公转周期，据此可大致计算出行星轨道大小；“开普勒”还可以观测到凌日深度(恒星亮度减弱的程度)，据此计算出行星的大小。对于行星的母恒星，可以根据其光谱、光度等参数估算其质量。综合这些数据，可以推测一颗行星是否适合生命存在。“开普勒”观测的目标区域位于银河系中的天鹅座和天琴座一带，因为这个方向上的观测较少受太阳等天体影响，有利于持续观测。此外，这一区域内也存在较多的恒星及附属行星。
（据新华社电）
宜居行星首先得有水
科学家普遍认为，一颗适于生命存在的行星必须满足诸多条件，其中最基本的条件是行星表面有液态水。
决定这一条件的主要因素是行星所在星系的类型，即恒星体积、有效温度和行星轨道。也就是说，可以在一颗特定恒星周围划分出适居区，适居区内缘以外的行星温度极高，行星表面的任何水分都会蒸发，例如水星；适居区外的行星温度极低，行星表面的任何水都会被永久性冻结，例如火星。对于太阳系而言，所谓的适居区大致位于水星与火星轨道之间的区域。
第二个影响适居性的因素是行星的体积与质量。质量不及地球一半的行星无法拥有足够的表面重力以牢牢“锁住”维持生命的大气层，例如火星；质量是地球10倍以上的行星虽然能够拥有足够的表面压力，但同时也“锁住”了星系形成的基本元素氢和氦，最终成长为气态巨星，例如木星、土星、天王星和海王星。因此，探测适居行星的一个目标就是寻找质量大约在半个和10个地球之间的行星，或者说推测半径大约是地球半径0.8至2.2倍的类地行星。这即是美国6日发射的“开普勒”太空望远镜所要完成的使命。
其他影响适居性的因素还有很多，其中包括大气的规模和构成(影响行星温度并保护其免受紫外线和宇宙射线侵害)，以及所在行星系统内的卫星及巨行星的影响，如是否可以保护其免受小行星撞击等。
