怎样寻找第二个地球

骑UFO看外星人

地球人类自带的危机感让我们不断寻找第二个地球，根据2012年1月发布的一项估计，仅仅在银河系中，就有多达1600亿颗被其母恒星“绑定”的行星。在如此天量的行星世界里，谁能说就一定找不到“地球孪生兄弟”、找不到另一颗生命之星呢？

截至2012年8月23日，列入“太阳系外的行星百科全书”的、已证实的行星数量为777颗。加上未经完全证实的数量，这个数字已超过800颗。

已经有7部望远镜位于智利的赛罗亚马逊山上。“欧洲特大望远镜”也将建在这里，但与其他望远镜不同的是，它会建在山顶上。

每面直径1.4米的总共798面六角镜，将构成“欧洲特大望远镜”的39米直径的主镜。

自20世纪90年代中期，科学家开始一颗一颗直至成批量地发现太阳系外的行星，如今这个数目已超过800颗，而且这个数目无疑将继续上升。但科学家关心的不仅是这个总数，他们更想知道有没有真正像地球的外星世界。太阳系外的行星可能多种多样，例如一些可能被水淹没，另一些则可能完全由钻石构成。但最诱人的可能性却是：茫茫黑暗中存在地球的一个“孪生兄弟”。

人们通常会问：能否找到类似地球的行星？科学家的回答是：绝对能。如果人们又问：能否发现像地球一样拥有生命的世界？科学家的回答则是：这说不准，而且说来话长。2012年底，智利赛罗亚马逊山之巅被削平。到2022年，一部有望找到地球“孪生兄弟”的望远镜——“欧洲特大望远镜”将坐落此地。建成后，它将成为世界上最大的望远镜，其采光镜直径接近39米，是现有任何射电望远镜直径的4倍以上。

通过探察行星引力所造成的母恒星“晃动”，这部超大望远镜将让科学家探测到前所未见的行星世界的存在。不仅如此，它还将让科学家通过分析恒星发出的光线来描述行星的特性。这些光线特征能揭示行星大气层中有哪些气体，因而有助于确定行星上是否有海洋，甚至决定行星上是否存在生命（请参见相关链接：《能看见外星的望远镜》）。

科学家目前局限于调查太阳系外的行星的大气层，而且只能研究其中明显比地球大的行星，研究方法一般都要依赖于从我们的视角看去从正前方经过母恒星、因而其大气层被母恒星星光穿透的行星，但这样的情况并非经常发生。“欧洲特大望远镜”的巨大采光镜将让科学家不仅能看见恒星，而且可以直接窥探恒星附近的地球大小的行星的弱光。事实上，要想区分那么遥远的恒星和行星，所需的图像分辨率高得令人难以置信，因而需要像“欧洲特大望远镜”这样的望远镜。而建造这部巨型望远镜的主要目的，正是为了找到在类太阳恒星周围绕行的类地球行星并且描述其特征。

不过，投资高达8.38亿英镑的“欧洲特大望远镜”并非预计中的唯一超级望远镜。包括中国、美国和印度等国在内的另一个国际团队，计划在夏威夷休眠火山莫纳克亚（其最后一次喷发是在4600年前）山巅建造一部直径30米的望远镜，简称“30米望远镜”。尽管它略小于“欧洲特大望远镜”，科学家仍希望它能探察到生物指针——在类似地球的行星大气层中表明生命存在的气体。“30米望远镜”计划在2018年建成，比“欧洲特大望远镜”的预计建成时间早4年。

目前在寻找太阳系外的行星方面跑在最前面的，是美国宇航局的“开普勒太空望远镜”。它发射于2009年3月，任务是窥视银河系中一小块区域内的超过10万颗恒星。当行星从母恒星的正前方经过时，会导致母恒星略微变暗。运用这种方法，“开普勒号”能探察到行星的存在。自发射以来，“开普勒号”已发现了多达115颗太阳系外的行星，以及超过2300颗正在接受后续研究的疑似行星。科学家相信它所发现的一颗恒星拥有地球大小的行星。对“开普勒号”探测数据的分析仍在进行中，目前对这个问题还没有定论。不过，“开普勒号”仅仅旨在探测太阳系外的行星，而非描述它们的任何细节。

理想的情况是，“欧洲特大望远镜”和“30米望远镜”被用来分析由“开普勒号”探测到的行星所发出的光线，以查明是否有海洋、陆地和生命存在的迹象。但有个问题。“开普勒号”的宗旨是研究一个密集的星场，发现大量的太阳系外的行星，它们距离地球600～3000光年，而“欧洲特大望远镜”和“30米望远镜”所关注的距离比这近得多。例如，“欧洲特大望远镜”将只能描述最多距离地球30光年的行星的大气层。因此，这两部基于地面的超级望远镜将不会分析“开普勒号”的众多发现，而是利用近得多的恒星来全力搜寻地球“孪生兄弟”。这种搜索无疑很复杂，因为距离地球越近，类太阳恒星就越少。

“欧洲特大望远镜”和“30米望远镜”也并非我们的唯一希望。太空望远镜同样能描述太阳系外的行星。太空望远镜能看得更远，因为它们不受地球大气层的模糊效应影响。作为美国宇航局对“哈勃太空望远镜”和“斯皮策太空望远镜”的换代望远镜，“詹姆斯·韦伯太空望远镜”计划在2018年升空，届时它将成为分析岩石行星大气层的利器。不仅如此，还有一系列与“詹姆斯·韦伯号”不同的空间任务，它们也将致力于研究太阳系外的行星的大气层。欧洲空间局正在审议有可能在2024年发射的“太阳系外的行星描述天文台”，它也是一部太空望远镜，在可见光和红外波长运作。

然而，以找到地球“孪生兄弟”为其终极目标的太空望远镜，分别是美国宇航局的“类地行星发现者”和欧洲空间局的“达尔文号”。两者的设计理念都是：由太空望远镜阵列联手工作，搜集太阳系外的岩石行星的星光以寻找生物指针。这两个航天机构原本一起协商这个理念，但在预算超过15亿英镑后不得不双双抛弃此计划。按照设计，“太阳系外的行星描述天文台”将对从正前方经过母恒星的行星的大气层进行测量，而“类地行星发现者”将直接拍摄行星的大气层。显然，前者不如后者的探测那么直接。尽管上述两个诱人的计划被官方否定，它们却没有被科学家遗忘。随着人造卫星的逐渐微型化和商业性卫星发射公司逐渐降低发射成本，科学家希望“类地行星发现者”和“达尔文号”计划能最终复活。

在寻找地球“孪生兄弟”的进程中，最激动人心的前景是找到另一颗行星上的生命。那么能否找到呢？科学家正在拓宽视野——不要总惦记着寻找地球“孪生兄弟”，为何不认真找找地球的“堂兄弟”呢？随着越来越多的科学家着手调查行星的可居住性，他们也开始思考可居住性在并非地球的完美复制品上面也可能达到的可能性。他们认为恒星周围有一个单一的可居住带，其中的行星温度既不太高也不太低。当然，前提是太阳系外可居住的行星也有着像地球那样的大气层。

科学家最近正在考虑的一个问题是：如果一颗行星的大气层中有比地球更多的氢，情况会怎样？对于比地球大、比气态巨行星小的“超级地球”而言，这种可能性当然存在，因为行星越大引力也越大，从而能留住含氢更多的轻飘飘的大气。氢会产生一种强大的温室效应，从而保持行星温暖。这样一来，“超级地球”的可居住带就可以更远离母恒星，而不像地球这般靠近太阳。

恒星温度也是需要考虑的问题。许多太阳系外的行星都被发现绕着红矮星转，这类恒星的温度比太阳低几千摄氏度，这使得它们的可居住带距离它们更近。同样，我们需要找到距离地球比较近的红矮星样本，以供“欧洲特大望远镜”和“30米望远镜”来分析。好在银河系中的红矮星比类太阳恒星常见得多，所以找到离我们比较近的红矮星的可能性很大。

造访另一个可居住世界尽管前景诱人（请参见相关链接：《生活在另一个地球上》），但有太多的物理学法则在跟我们作对——即便对一颗距离我们相对近的行星来说也是这样。以“格里斯 677c”星为例，这颗距离地球最近的恒星之一被认为有一颗岩石行星，这颗行星距离地球22光年，也就是207.6万亿千米。以目前的火箭技术来说，从地球出发，要花百万年才能到达这颗星。因此，科学家并不打算前往那里去查明是否有生命存在，而是计划研发出越来越好的仪器从遥远处观察这颗行星。

要想在未来几十年中发现太阳系外的行星上的生命迹象，前提是对让一颗行星可居住的条件思考得更宽泛；而找到足够靠近我们的孪生地球，需要更长的时间。何时才能找到另一个可居住的世界？目前没有答案。

未来25年内能发现外星生命吗？

正方：有望找到首批线索

欧洲南方天文台科学家乔·里斯克说：“我们需要一点运气才能发现相对比较近、能让‘欧洲特大望远镜’观测到的类地球行星。而如果附近有一颗条件适合的岩石行星，我认为它会存在生命。在合适的条件具备后，生命在地球上的演化如此迅速，我认为这是个很有效的过程。所以，只要条件比较合适，生命就会起源。‘欧洲特大望远镜’有潜力给予我们外星生命的首批线索。”

反方：寻找外星生命很难

美国普林斯顿大学科学家戴夫·斯皮格尔说：“我不确信25年内就能找到外星生命。生命在地球早期的出现并不是到处都有生命的强大证据。我们很难从一个样本就得到总体结论。我们必须要调查其他的地球大小的行星，但我不认为进行这方面工作的第一代仪器足够灵敏，能确定无疑地证明外星生命的存在。实际上，这是一种非常艰难的观测。”

地球“孪生兄弟”所必备的特征

如果存在一颗地球“孪生兄弟”，那它必须具备哪些特征呢？

位于可居住带

位于可居住带内的行星与其母恒星之间的距离刚好合适，因此行星表面的温度也刚好合适，行星表面能够存在液态水。这个距离是由恒星与行星的特性共同决定的。

轨道接近圆形

这意味着行星总是截获来自母恒星的相同数量的能量，这样的能量支持着生命在行星上的延续。地球上的大多数生命都依赖这种稳定的能量流。

一颗稳态恒星

太阳风暴和太阳耀斑把危险水平的辐射喷进太空。地球磁场在很大程度上保护了地面的生命。如果像太阳这样的母恒星非常活跃，那么行星上的生命就会面临严峻危机。

一颗类太阳恒星

这能在热量和生命的长久存在之间提供一种良好的妥协。太阳的寿命估计为100亿年，这使得生命在地球上有足够时间来演化、兴旺。

与地球质量相仿

与地球质量相仿的行星能吸引住潜在的可呼吸气体。金星的质量就与地球相仿，但由于遭受硫酸雨蹂躏，其表面温度比火炉里还高，金星表面不具备可居住性。

火山活动

从地质学的时间规模上讲，火山活动引起地壳再循环，地面不断被补充材料。这就能把原本锁闭在岩石中的碳（对于生命来说很重要）不断回输至大气层中。

一颗大卫星

地球的卫星——月球的引力效应使得地球的自转轴保持稳定。如果没有月球，地球的极点就会在数百万年里下沉而进一步朝向太阳，从而造成严重的气候改变，重创地球生命。

迄今发现的最像地球的行星

“开普勒-22B”

2011年11月，“开普勒太空望远镜”发现“新地球”的消息传出。这个“新地球”就是“开普勒-22B”，它是第一颗已知在可居住带内环绕一颗类太阳恒星的凌日行星。它距离地球600光年，半径是地球的差不多2.4倍。尽管它与地球有诸多相似，但它的表面很可能完全被水淹没，也就是说，它的冰已彻底融化。

“葛里斯 581G”

它距离地球仅22光年，质量被认为是地球的3～4倍，并且正好处在其母恒星的可居住带中央。但问题是，并非每个分析相关探测数据的科学团队都认为它存在。它的母恒星是一颗红矮星，这颗恒星有至少4颗无可辩驳的行星，其中一颗位于可居住带的外缘。

“葛里斯 667Cc”

它是距离母恒星“667 C”第二近的行星，仅需4星期就环绕母恒星一圈。如此近的距离补偿了来自母恒星的光线较弱的问题（“葛里斯 667C”是一颗红矮星，质量只有太阳的1/3）。“葛里斯 667Cc”是一颗“超级地球”，质量是地球的4～5倍。它与地球的距离只有22光年，算得上相对靠近我们。而“葛里斯 667C”本身是一个三恒星系统当中的一颗。

能看见外星的望远镜

“欧洲特大望远镜”的设计目的是：寻找地球“孪生兄弟”。这部巨型望远镜的直径相当于奥运泳池的长度——39米，它能搜集从好几十亿千米外的行星表面反射过来的恒星星光。随着母恒星的光线穿透太阳系外的行星的大气层，大气内部分子会吸收特定的波长，从而留下“指纹”。这些“指纹”能反映行星的特性。巨量的水蒸气意味着行星表面存在海洋，而高含量的氧、甲烷和氧化氮则是行星上存在生命的强烈指针。

这部望远镜将建在对天文学来说最理想的地点之一：智利的阿塔卡玛沙漠是地球上最干燥的地方，无云的日子最多。那里的大气中的涡流相对少，气流变动也少，星光更容易穿透。这就意味着那里夜空的星光闪烁不如别的地方厉害，相对容易区分恒星和行星的光线。不过，由于地球大气层的干扰依然存在，所以需要配置人造恒星和变形镜面。

外星猎手

分析太阳系外的行星的大气层，并非是查明我们在宇宙中是否孤独的唯一途径。

寻找外星智慧生命

1977年，一位天文学家利用美国俄亥俄州的“大耳朵”射电望远镜捕捉到了一个奇怪信号。它具有人工来源的重要特征，但72秒钟后再也不见此信号。它的来源至今成谜。自从地球人开始倾听“外星人”的声音以来，这被认为是最接近的一个信号。

或许位于美国加利福尼亚州的私人组织“寻找外星智慧生命研究所”会更幸运。眼下它正把目标对准由“开普勒太空望远镜”发现的所有行星系统，尤其是位于可居住带内的行星，期望能捕捉到从它们表面发送到太空的讯息。

小行星采矿

红外望远镜或许能提供一种发现技术先进文明的方式。有科学家研究了来自小行星带的红外辐射，相信那里的任何开采行为都能被识别。首先，由采矿操作产生的热量和尘埃都将被诸如“赫歇尔太空天文台”这样的红外太空望远镜探察到。第二，通过研究尘埃云的光谱，能揭示铂之类的珍贵金属在小行星带中的数量是否减少。如果真是这样，就表明可能有外星智慧生命在开采小行星带的宝藏。

城市之光

有科学家提出了又一种探察外星高级生命的新奇思路——寻找外星城市之光。直径50千米的大城市如果位于冥王星上面，其发出的光线足以被现有的望远镜看到。而比“哈勃太空望远镜”还大100倍的太空望远镜，则可能看见太阳系外的行星上的城市之光。

生活在另一个地球上

就算在存在外星生命的星球上，地球人能够轻而易举地居住吗？

当行星“开普勒-16b”于2011年被发现时，它俘获了地球人的想象力，原因是它所环绕的并不只是一颗恒星，而是两颗。不过，它的表面温度低至-70℃，这显然不是一颗适合生命（或者说类似地球生命的生命）存在的星球。

就算我们发现了天气比这要温和许多的地球“孪生兄弟”，让地球人在它表面居住可能也很难。就算那里有液态水，也未必有适合地球人的食物。如果其他行星上的生命基于和我们完全不同的生物化学，那么几乎可以肯定我们在那里找不到吃的。我们生存所需的化学养分在那里根本就不存在，所以我们得在那里自己种植食物，而是否种植得了则不确定。

就算整个银河系中的生命都一样，也潜伏着其他种种危机。地球“孪生兄弟”上的微生物对我们来说可能是很致命的，因为我们没有演化出对它们的天然防御能力，这就像欧洲殖民者当初把一些西方恶疾带给殖民地原住民、并重创了这些可怜的人们一样。为了在太阳系外的行星上生存，我们需要发展出技术和生物医疗救助手段，如像可以用来帮助我们消化外星食物的人工酶，以及帮助我们滤掉天然污染物的空气过滤器。

在广漠的宇宙中，可能有一颗行星适合你的口味，而有着两颗母恒星的一颗和煦行星可能会变成度假热点——那里有长得多的沙滩时间，一天内有两次浪漫的日升日落。但值得你注意的是，前往几十亿千米之外的世界所需的技术，不仅现在没有，在可预见的将来也不会出现。2008年10月，美国宇航局撤消了该局“突破性推进物理”团组的经费，理由是：尽管有16篇同行审议过的论文，却无法想象曲速引擎这种新推进技术能在一个合理的时间段内把我们带到太阳系外的行星上去。