发现第二个地球 还需要多久

伤我心太深

人类自从进入太空时代，就一直想发现第二个地球，今年7月，美国国家航空航天局（NASA）召开新闻发布会，宣布发现了迄今为止与地球最为相似的系外行星——开普勒-452b。许多人为这个消息感到振奋，似乎我们已经接近几千年来所梦想的目标——发现“另一个地球”。

其实，位于恒星宜居带内的系外行星，如果大小与地球相近，往往会被描绘为可能有水，可能适合生命生存，甚至引发可能有外星生命的猜想。实际上，这些系外行星是否具有适宜生命繁衍的环境，不仅取决于其所在恒星的类型和两者之间的距离，而且还取决于行星的大气层、磁场、内部能量和物质组成等自身性质。

第二个地球

开普勒空间望远镜发现的与“太阳一地球”系统颇为相似的“恒星一行星组合”

不断壮大的“地球2.0”阵营

今年1月，NASA曾发布开普勒空间望远镜发现第1000颗系外行星的消息，其中开普勒-438b、开普勒-442b、开普勒-440b等三颗行星的运行轨道均位于所在恒星的宜居带内，当时的报道也称它们为“另一个地球”。由此可见，地球的“表兄弟”并不是唯一的。那么，究竟哪些系外行星才具有加入“地球2.0”阵营的资格呢？

利用开普勒空间望远镜发现的系外类地行星数量从20侣年的12颗，增加到了2015年的40颗，这个数字未来是否还会继续刷新？

过去6年中，开普勒空间望远镜找到了一些类似地球的行星：2011年发现的开普勒-20e是第一颗比地球小的系外行星，但这颗行星可能太热，且无法保存大气层和液态水;同时宣布发现的开普勒-22b是首颗运行在宜居带内、绕类太阳恒星运行的系外行星，但大小超过地球的两倍，也不可能有固态表面;开普勒-186f于2014年被发现，是首颗绕红矮星运行的系外行星，但它所对应的母恒星仅为太阳质量的一半。2015年，科学家们终于发现了迄今为止最像地球的系外行星——开普勒-452b，因其围绕运行的是一颗与太阳非常相似的恒星——开普勒-452，而且到这颗恒星的距离也与日地距离接近，所以它被人们称为“另一个地球”也就不足为奇了。

致力寻找宜居星球

根据太阳星云理论，太阳系是从一团弥漫着气体和尘埃等星际介质的太阳星云逐渐凝聚、演化而来的。目前，太阳系已经演化到了行星形成的晚期，但我们并不清楚行星形成的早期历史。我们的地球也是一颗行星，具有行星所共有的一些特征。通过搜寻系外行星，发现那些处于不同演化阶段、不同类型的行星，有助于我们理解行星的形成和演化，更有助于预测地球的未来，这关乎人类未来的命运。

系外行星系统的宜居带：纵坐标为母恒星质量相对太阳质量的倍数大小，横坐标为行星到母恒星的距离;如同地球位于太阳系的宜居带内，系外行星g、d位于其对应母叵星的宜居带内

我们寻找系外类地行星，并不是因为那里更加美好，而是为了在茫茫宇宙中寻找我们的同类，寻找人类未来的避难所。地球上的生物常常需要面对重大的灾难性事件。据推测，地球上的生物大灭绝平均2600万年发生一次，就像曾经称霸地球的恐龙被灭绝一样，这样的灾难一旦发生，必将导致人类的灭绝。为了让人类的火种得以延续，我们需要在宇宙中寻找另一个家园，以防万一。

直径比地球大60%的开普勒-452b（右）与地球（左）之比较，开普勒-452b所在恒星与太阳质量相近（概念图）

有专家估计，到2050年，全球人口总数将增至90多亿，因此有些科学家已经开始研究向外太空移民的方案了。且不论这种说法是否危言耸听，但找到一个宜居的星球作为人类未来可能的落脚点，应是先决条件。开普勒空间望远镜就是专门用于搜寻太阳系外的类地行星的飞行器，数年来，它一直“关注”着天鹅座和天琴座一带约10万个恒星系统，寻找可能的宜居行星。

生命星球何其珍贵？

许多太空科幻电影中，都描绘了人类未来可能移居到地外星球的光明前景。但作为冷静的探索者，我们需要思考这些系外行星是否真的像地球？人类是否真的有可能移居到这些星球？

太阳系的主要成员（注：未依照比例），图中由右至左依次为太阳、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。除八大行星外，在火星和木星之间还有一个无数小行星组成的小行星带，在海王星之外还有冥王星和大量的柯伊伯带天体，而来自遥远深空的彗星不时穿越到地球和太阳附近。人类在地球上所享用的大气、磁场、海洋、陆地等，我们视之为理所当然，然而从整个宇宙的角度来看，实乃稀世珍宝

如果是短期登陆探访，有很多太空探索的目的地可供人类选择，因为密闭的登陆舱和厚重的宇航服可以保护我们。但如果要移居到另一颗星球，这就要求找到一个适宜人类长期居住的天体，这个天体必须具备更为苛刻的条件……

首先，要有大气层的保护。以地球海平面的大气压力（1个标准大气压）为标准，医院里的高压氧气治疗为1.4个大气压，珠穆朗玛峰峰顶约为0.41个大气压。如果系外行星的大气太稠密或太稀薄，人类的心肺功能都将难以承受。如金星表面是90个大气压，连载人登陆都无法实现，更不可能适合人类生存了。

除大气压外，这个“未来星球”还要有合理的大气成分和比例。地球大气的主要成分是氧气和氮气，而且符合一定的比例。氧气含量过高，人会发生“醉氧”，过低则会缺氧。但是，目前空间望远镜的观测结果还无法确定系外行星是否拥有大气层，更难以判断大气成分。从太阳系行星的已有经验分析，土卫六的大气是氮气和甲烷，木卫二为稀薄的氧原子，金星大气主要为二氧化碳。由此推测，多数系外行星的大气成分主要为氮气、甲烷、二氧化碳等，并不适合人类生存。除了氧气，地球大气层中的微量气体也发挥了很大作用，比如臭氧过滤掉对人类危害很大的紫外辐射。如果系外行星没有臭氧层，人类患皮肤癌的概率将大大增加。

致力于搜寻系外行星的望远镜家族，从左下到右上依次为地基望远镜、哈勃空问望远镜、斯皮策空问望远镜、开普勒空问望远镜、系外行星勘测卫星、詹姆斯一韦伯空问望远镜，近年来，人类巡天取得重大进展，宇宙的图景正在逐渐清晰

其次，未来的宜居星球要有液态水和适宜的温度。水是生命之源，也是驱动行星演化的重要载体，有了水，人与生物圈才能形成相互依赖、不断进化的生态系统，否则孤独的人类是难以长期生存的。但现有的观测手段无法证实系外行星上是否有液态水，只能根据系外行星与恒星之间的距离来估算行星上的温度，并根据温度范围推测是否存在液态水。但是，即使系外行星位于宜居带内，也无法保证行星表面具有适宜的温度。就像金星上强烈的温室效应那样，行星大气层的密度和成分将显著影响行星表面的温度。

可用于寻找地外生命信息的格林班克天文望远镜，位于美国弗
吉尼亚州，望眼镜高约43层楼，直径100～110米

根据进化论，生命的演化需要经历漫长的过程。太阳作为太阳系的母恒星，是一颗中等质量的恒星，人类预测其寿命大约100亿年。现在太阳寿命已经过去约50亿年，地球也已经历了46亿年。地球形成后过了8亿年才出现简单的生命，而人类的出现则不过是短短的250万年。换言之，太阳系诞生约50亿年后，地球上才繁衍出高度发达的文明。而在宇宙中，如果恒星的质量太大，其寿命就会比较短，处在这个恒星系的行星可能来不及在母恒星的“有生之年”演化出相对复杂的生命。

再次，宜居行星必须有一个岩石质的表面，让人类可以继续生活在陆地上。由于系外行星的质量越小越难观测，所以早期发现的系外行星大多是木星那样巨大的气液态行星，并不适合生命生存。宜居行星还要有一个完美的磁场，可以屏蔽来自恒星和恒星际的高能带电粒子，因为这些高能带电粒子可以扼杀掉大多数生命。

上世纪六十年代末，阿波罗8号飞船从月球上空拍摄到地球从月球的地平线上升起。黑暗的太空中，地球这颗蔚蓝色的星球是如此与众不同，如此生机勃勃，弥足珍贵

另一个重要条件是，宜居行星应演化到了中年阶段，内部能量的释放才比较温和，因为处于演化早期的年轻行星往往会狂暴地释放内部能量，导致地震和火山爆发的强度和频度太大，生命在这些自然灾害面前的生存机会将十分渺茫。同理，系外行星所属的恒星能量释放要比较稳定，否则人类在恒星爆发的超级带电粒子风暴面前，只能坐以待毙。

综合以上因素可知，人类之所以能在地球上生存，是因为地球穿了几层保护人类的防护衣。第一层是磁场，它屏蔽了大量高能带电粒子，保护我们免受高剂量辐射的伤害;第二层是大气层，它提供了人类呼吸所需的氧气和植物生长所需的二氧化碳，其中的臭氧又过滤掉对人体有害的紫外线;第三层是水圈，水作为载体，促进了地球各圈层之间的物质循环和生物的新陈代谢。

未来20年左右，人类将首次登陆火星，并朝着改造火星和火星移民的方向发展（概念图）

人类是在地球上繁衍进化而成的，我们的一切都已适应了地球的环境。就像世界上没有两片完全相同的叶子，宇宙中与地球一模一样的星球也几乎是不存在的，所以如果移居到另一颗星球上生存，人类很可能就需要进化成另一种生物。虽然地球并非天堂，也会面临超级太阳风暴、地球磁极倒转、小天体撞击等重大天文灾难，以及地震、火山、海啸等自然灾害，即便如此，地球依然是我们迄今为止唯一的生存家园。

人类如何探索太空

目前，人类探索太空主要采用两种手段，一是天文观测，二是空间探测。天文观测是用望远镜从地面或地球轨道观测宇宙中的星球和星际空间。其特点是能看得很远、很广。例如，哈勃空间望远镜（HST）可以观测到140亿光年以外的目标。但由于距离远，采用这种方式看得不够清楚，无法了解这些星球的细节。所以，天文观测适合对宇宙进行普查。而空间探测是发射空间探测器飞往地外星球进行近距离观测、着陆考察甚至采样返回地球。其特点是能够详细了解目标星球，对它进行全面而深入的研究。但由于技术能力限制，空间探测器目前还不能飞得很远，仅限于在太阳系内，所以，空间探测适合对太阳系天体进行详查。天文观测和空间探测各有千秋，可以取长补短，因此都广泛应用于太空探索中。

好奇号火星车着陆火星表面的概念图，之前的火星车一般采用气囊方式着陆，这种全新的太空起重机技术有利于大质量探测器的安全着陆

遥不可及的美丽童话

如果人类足够幸运，真的发现了一颗类似地球的系外行星，那我们又是否有能力抵达呢？以新视野号在借助木星引力加速后的峰值速度7万～7.5万千米/时（相当于19～20km/s，大于第三宇宙速度）估算，飞到类地行星开普勒-438b（距离地球475光年）大约需要684万年，飞到开普勒-442b（距离地球1100光年）大约需要1584万年。所以在星际飞行理论没有质的突破之前，在用于时空穿越的虫洞还没有成为现实之前，如果仅依靠传统火箭，人类还不可能飞出太阳系。不借助时空穿越，人类基本上不可能抵达这些系外行星。

在太阳系内，火星是与地球最为相似的行星，是目前科学界公认的适宜人类居住的最佳选择。木卫二、土卫六可能会有生命存在，但那里并不适合人类移居。

从太空回望地球，即使从冥王星的位置看，地球也只是阳光照耀下的一个暗淡的蓝色圆点。如果从太阳系外看，地球只是飘浮在无尽黑暗和空荡荡的宇宙中的一粒尘埃。但恰恰是这个圆点、这粒尘埃，正是人类赖以生存的家园。如果把人类看作一个大家庭，那么地球就是我们代代相传的“稀世珍宝”。“另一个地球”的想象虽然美好，但只是一个美丽的童话，“地球2.0”的“远水”解不了人类面临的“近渴”，珍惜地球家园，是我们的现实选择。

在可预见的将来，人类还不具有飞出太阳系的能力。在太阳系范围内，只有火星的环境最适宜生命生存，它是我们移居外星球的首选目标。虽然我们在太阳系中探索木卫二和土卫六等天体，在太阳系外搜索系外行星，但这些任务的主要目标是探测这些天体上的生命信息，而非移居。

自阿波罗17号航天员最后一次登月至今的43年里，载人航天长期被限制在地球附近的轨道，这种状态必须改变。如今的载人航天已经到了突破地球引力束缚，为实现载人登陆火星而努力的关键阶段。载人登陆火星不仅需要丰富的知识积累、坚实的技术储备、专业全面的人才队伍，还需要合适的政治气候和民意支持。任务艰巨，使命光荣。