ＮＡＳＡ的“起源计划”

●　孙文德

地球以外的世界是什么样子?那里是否存在生命，甚至是有智慧的生命?这是从古代先哲到现代的科学家都孜孜探究的问题。在时光已经跨入21世纪的今天，人类已经不再满足于仅仅停留在哲学的思考与凤毛麟角的观测上，人类已经进入到了利用现代科学与技术手段寻找这些问题答案的技术时代。

美国航空航天局(NASA)的“起源计划”就是一个探索人类起源，追寻从宇宙大爆炸到最初的星体和银河系的形成，进而探索在银河系内是否存在其他适合人类居住的世界以及在其他星体上是否也存在着生命的宏伟计划。

继哈勃太空望远镜为我们拓展了认识宇宙的全新视野后，作为“起源计划”重点设备的以第二代太空望远镜为主的多个观测卫星和探测器也正在加紧研制之中，这些观测卫星和探测器的出现将使宇宙探索计划进入一个全新的时代。

经过几个世纪的努力，人类对宇宙的认识和理解在不断地发展和进步。迄今为止，天文学家已经发现了50多颗围绕恒星活动而质量与木星相当的天体，其中距地球最近的只有105光年，它环绕波江座ε运行。而仙女座γ确实像行星系，有三个质量从木星的一半到木星5倍左右的星体围绕它运动，它们距离木星大约02～2个天文单位(1个天文单位是太阳与地球的平均距离，约等于15亿千米)。

为了使人类进一步认识其他行星系，探索生命存在的迹象，NASA计划在地面和外层空间之间设置多个望远镜。

由于受周围行星的引力影响，恒星的位置会稍微有些不稳定。为了观察这种现象，NASA计划在2006年发射“太空干涉仪使命(SIN)”卫星。对一颗距离我们10光年远的恒星而言，像地球一般大小的行星所引起的恒星位置的变化只有百万分之一秒，这相当于从地球上看火星表面上的一辆自行车时的视角。进行这样精密的测量需要同时使用两个以上口径为04米的小型望远镜。由于观测的角度很小，所以每隔10米就要配置一个这样的望远镜。SIN为寻找带有地球2倍～3倍大小的行星的行星系，需要观察距太阳系比较近的数百颗恒星。SIN将成为美国第一个利用干涉技术的太空天文台。

预计2008年末，NASA在发射SIN后将发射下一代太空望远镜(NGST)。这是继哈勃太空望远镜之后的新一代太空望远镜，其反射镜的直径为8米，比哈勃的24米反射镜更大，性能比哈勃的要强1000倍。人类希望通过它得到关于适合行星或生命形成的最初元素起源的关键性发现。NGST还将成为开发重量只有哈勃和地面望远镜的镜片1／10的轻量化镜片的先驱。

在SIN和NGST基础上开发的干涉仪和轻量化镜片技术，与预计在2011年左右发射的“地球型行星发现计划(TPF)”卫星相配合。TPF的目标是把地球型行星的光线从其母星的光线中分离出来，从而直接获得行星的光线，并对其进行分析，找出能够维持生命或显示原始生命存在的大气证据。

为了将母星的光线从行星的光线中分离出去，TPF使用了干涉技术。由于是在母星和行星的光线对照最显著的红外线区域进行观测，所以TPF应该能够发现行星。如果在该行星的大气中存在二氧化碳、水蒸气、臭氧等气体，就能够检测出它们存在的特征。

如果有二氧化碳和水蒸气，那么该行星就适宜哺育与地球同样的生命，并存在温暖潮湿的较厚的大气层。另外，如果该行星上存在臭氧，那么这将成为行星上存在使大气中含有大量氧气的原始光合作用生物的最有力证据。因为在不存在生命的情况下，由于氧气和臭氧会发生通常的化学反应，不久就会从行星的大气中消失。在2016年左右，TPF将完成对距太阳系50光年以内的200个左右的恒星系统是否具有可居住性的调查。TPF也可以提高分辨能力研究其他的天体，解析度比哈勃高出100倍。配合NGST的观测，TPF甚至可以研究死亡恒星的“太阳风”是如何将构成生命基本物质的重元素(如碳、氮等)送进星际空间的。其他天体，如类星体的核心，银河系中心的黑洞等也都在TPF的研究范围内。

经过生物学家的努力，人们对地球上生命组织的理解也在不断地进步。时值探索具有可居住性的行星和生命本身的时期，会使这种理解得到进一步推进。根据生物学家的研究，地球上的生命是极其顽强的，即使在像海底的火山口，地下几千米的沸水旁这样非常恶劣的生态条件下，也有生物存在。

许多科学家相信，如果碳、氧、氮、硫、磷等元素与液体的水以及任意几种能源(如太阳光和地热)共同存在的话，无论何处都能形成生命。地球上的生命能够追溯到约38亿年前，也就是太阳系产生后仅过了8亿年的时候。

天文学家知道，几乎在太空的所有地方都存在水和生命的基本物质、恒星的基本物质和形成恒星的基盘以及彗星等。我们期待着通过TPF找到宇宙何处存在着生命，至少是原始的生命。

由于现在人们比以前更加认识到生命本身是很顽强的，所以在NASA的宇宙科学计划中便出现了在太阳系内寻找地外生命的新课题。几乎在第一次发现太阳系外行星的同时，在距地球的最近处也得到了令人瞩目的发现。

1996年，通过对在南极回收的陨石进行的研究，NASA的科学家们认为，在一块编号为ALH84001的陨石中存在着来自火星的证据。另外，科学家们还认为在这块陨石中含有微生物化石。

目前，研究者们对这块陨石中是否真的含有微生物化石还存有疑问。在未来10年内将进行多次火星探测器的着陆计划，人们始终兴奋地期待着在火星上或许会发现生命。1999年12月，“火星极地登陆者”号探测器在火星极地的冠状地带着陆。该探测器的任务是考察由二氧化碳和水生成的极冠表面的冰，并探明气候变化的影响及调查水、二氧化碳和控制地理环境的季节周期的物理过程。但遗憾的是，这次计划以失败告终。

接下来的任务之一就是将于2002年1月22日在火星上着陆的“火星探测器2001”。该探测器装备着用于地质调查的“辅助旅居者”号探测车和照相机。它除了调查火星的土壤性质外，还要进行一些诸如利用火星大气的气体来制作火箭燃料的实验，以期探明人类在火星上生存的可能性。1997年7月在火星上成功登陆的“火星探路者”号也依靠“旅居者”号探测车进行了探查。当时的“旅居者”号探测车探查了着陆点附近的火星地形，分析了火星表面的矿物成分和元素组成，同时也考察了可能对登陆的宇航员带来危险的放射性环境。

作为探测使命的下一步是正在计划中的2003年和2005年任务。这些任务的重点是对火星表面进行研究，把火星土壤的样品带回地球，并对其进行化学和生物学的实验分析。2003年和2005年的任务都是先将样品运至围绕火星运转的轨道上，并在2005年带回地球。为了不使可能存在生命的火星物质污染地球环境，或者不使火星的样品被地球环境所影响，还需要采取严格的对策。至少需要等到2010年左右才能将样品带到地球的实验室里进行分析。

在火星上进行的这些无人操作的任务与人们长期梦寐以求的人类登陆火星的计划相关联，并且正在积极地推进着。目前人们正在积极地推进火星载人飞行计划，但是在现阶段还不能正式考虑。如果载人火星探测计划能利用安全廉价的飞行技术的话，一定会受到很大的关注。无人驾驶的“木卫二轨道探测器”和“旅居者”号探测车将在回答宇航员在何处着陆比较安全以及寻找地外生命迹象等关键的问题上，教会人类怎样更好地发挥自身的技能。

科学家们认为，在太阳系中也许还存在另一个有生命存在的天体，它就是木卫二。由20世纪70年代“旅行者”号探测器和最近由“伽利略”号探测器传回的图像显示，木卫二的表面被厚约10千米的冰层所覆盖，在冰层下面好像存在有液体水的海洋。由“伽利略”号探测器所得的图像表明，在曾经流淌现在却好像冻结了的河床中，冻结着像纽约曼哈顿岛那样大小的巨大冰河。

像太阳和月球会引起地球海洋的潮汐一样，木星也会引起木卫二的潮汐，所以现在在木卫二上仍然有存在液体水的可能性。木卫二涨潮时，有的地方浪高可达30米。如果经常发生这种振幅达30米的涨潮和落潮，也许水是不会冻结的。从对“伽利略”号探测器所得数据的计算结果看，这个海洋中好像会有很多矿物质。木卫二也许具有构成水和生命的根本物质和以潮汐摩擦形式存在的能源。

NASA正在研讨探索木卫二的计划，预计在2003年发射“木卫二轨道探测器”，它将围绕木卫二运动。其任务之一是测定表面的冰层的厚度，并进一步通过检测穿过冰层而被反射的电波来测出其下面是否存在海洋。同时，其他仪器可以弄清木卫二表面和内部的详细构造。这将成为向木卫二发送探测器的先驱。其后，科学家计划派遣一个探测器，它能融化木卫二的冰层，潜入海底探查海底地形和寻找附近的火山口。

探索人类起源计划包括从我们地球邻近的火星和木卫二到远处有生存条件或有生命存在的近邻的星体，或者寻找生命的基本物质以及形成银河系内初期星体的物质。TPF近期的火星探测计划以及木卫二的探测器等都不是我们最终的目标。与这些使命相同的其他使命都是为了发现生命的起源，这是验证宇宙中是否还存在其他生命，以及人类深入了解自身在宇宙中所处位置的长期探求的一段不可或缺的历程。正如英国诗人托马斯·艾略特吟颂的那样，人类对宇宙的探索是永远不会止步不前的：

我们不会终止探索，

如果说我们的探索有终结，

那也将是新探索的起点，

它将既是潜意识的入口，

又是未知世界的出口，

恰如我们曾经出发的地方。

王旭升图