再次寻找地外生命

尹怀勤

美国当地时间3月6日，一枚头顶着“开普勒”太空望远镜的德尔塔II型火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地腾空而起，并于发射62分钟后在721千米高空成功实现镜箭分离，将望远镜送上太空预定轨道。“开普勒”太空望远镜最终定点成功，开始其寻找太阳系外银河系内的类似地球的行星的希望之旅。

已发现的太阳系外行星

在宇宙中寻找类地行星和地外文明，是人类自古以来就怀有的愿望。自1995年10月6日两位瑞士天文学家发现太阳系外第一颗行星以来，人类看到了实现这一愿望的光明前景。从那时起，世界科学界加快了发现系外行星的步伐。

根据哈勃太空望远镜的发现，宇宙约有1250亿个星系。银河系仅是其中的一个普通星系，太阳仅是银河系3000亿颗恒星中的一颗普通恒星，地球仅是太阳系8大行星中的一颗中等个儿的行星。这大大增强了科学家们寻找系外类地行星的信心。

地球之所以有生命并进化出智慧的人类，主要是具有适当的温度、大量的水和稠密的大气。一定的温度和水分乃是生命存活的必备条件。太阳系中日地平均距离1.496亿千米，被定义为1个天文单位，这是使地球具有生命所需温度的重要因素。同时，地球作为岩石行星，其本身的重力能够吸引住海洋和大气层。显而易见，要在宇宙中寻找生命，就要搜索与恒星距离接近1个天文单位的类地行星。

1999年1月中旬，一个国际天文研究小组宣布，他们于1998年7月发现了太阳系外第一颗类地行星。该星距离地球2.5万光年，直径稍大于地球，质量亦比地球稍重一点，并围绕着一颗热度与太阳一样的恒星运行，两者距离在1～4个天文单位之间。天文学家尚无办法证明它上面是否存在水或任何可以维持生命的要素，但其与恒星的距离对维持生命来说是恰到好处的。

截至目前，科学家共发现了342颗系外行星，其中仅有7颗类地行星，其他基本属于体积较大、由气体组成的类似木星的行星，均不适合孕育生命。发射“开普勒”太空望远镜的目的，就是为了让它寻找更多的系外类地行星，并查看是否具备存活生命的条件。

“开普勒”如何导星?

这台以德国天文学家约翰内斯·开普勒命名的太空望远镜，外形呈圆筒状，内部装有1台迄今世界最大的光度计，结构简单但灵敏度极高。光度计是一台直径为0.95米的施密特望远镜。在透镜后面装有一排由42块电荷耦合器件即CCD组成的接收器。每块CCD的尺寸为50毫米X25毫米，像素为2200×1024。这使整个接收器相当于一个具有9461万像素的数码相机。望远镜的频谱带宽为400纳米～850纳米，在此范围内可以探测目标星球发射出来的光子数量的细微变化。观测的数据将以连续的方式不间断地存储下来，每月向地球传回一次。

由于银河系恒星之间距离遥远，用直接观测的办法发现体积较小的类地行星非常困难，所以需要借助凌日现象进行寻找。1999华人类发现首颗系外凌日行星后，证明采用这种方式行之有效。这一成果促使此前20年便巳提出的“开普勒”探测计划获得通过。“开普勒”太空望远镜正是利用凌日现象这_原理开展观测工作的。

天文学上所讲的凌日现象，是指一颗行星在观测者面前经过其环绕恒星时遮住部分光线而出现黑点影像的情景。地球上的人类用肉眼即能偶尔看到金星或水星运行到地球和太阳之间时形成的凌日现象。“开普勒”太空望远镜将通过观测凌日现象而发现系外类地行星。它选择的目标是银河系天鹅星座与天琴星座之间的一小块天域，每30分钟对距离地球在586，8光年到2999，2光年范围内的10万多颗恒星的亮度变化观测一次，并予以记录存储。此天域是银河系类似太阳的恒星最密集的区域之一，理应拥有较多的系外行星，亦应容易发现系外类地行星。

由于凌日现象持续时间有限，即移动的黑点影像从显现到消失的整个过程用时较短，又要同时观察大量恒星，这就要求“开普勒”太空望远镜必须保证每半小时观测一次。为了确保该镜工作期间的视线不受阻碍和干扰，科研人员将它安排在位于地球外侧的日地连线的平动点上，让其以与地球同样的角速度围绕太阳运行，从而避开日光照射，能始终锁定被选天域的目标。因为太阳光被地球所遮挡照射不到“开普勒”太空望远镜，所以后者能够更清晰地观测既定的众多恒星的凌日现象。

设计寿命为3.5年的“开普勒”太空望远镜，每次传回的数据资料被地面站接收后，最终被传送到美国巴尔的摩的太空望远镜科学院，再由美国宇航局的阿姆斯研究中心进行科学分析。从拍摄到的凌日现象的照片，能够确定是否存在系外行星。科学家利用开：普勒行星运动定律，可以推算出该行星的质量及它环绕恒星运行的轨道。同时，通过凌日的程度、过程和恒星的大小，可以得知行星的轮廓尺寸。此外，在了解恒星的运行轨道和温度的基础上，可以计算出行星特定的温度。弄清这些基本情况后，即可获知该行星是否具有类似地球的自然环境和孕育生命的条件。

怎样探索外星智慧生命?

由法国国家空间中心研制并于2006年12月27日被俄罗斯“联盟2-1B”火箭发射成功的克罗特天文卫星，是一个围绕地球运行的航天器。两年多来，它虽已发现了7颗凌日行星，但仅找到1颗类地行星。美国耗资近6亿美元研制的“开普勒”太空望远镜，由于所处的太空位置特殊且灵敏度又极高，所以科学家对其寄予了空前的厚望，期待它能发现一定数量的类地行星。

科学家的急切心情是有道理的。因为在342颗已经被定位的系外行星中，大多数是通过视向速度法被发现的，通过凌日现象发现的行星仅为58颗。两种方法总共只发现了7颗系外类地行星，不足以进行比较研究。

话说回来，即使“开普勒”太空望远镜找到了系外类地行星，并不等于找到了外星生命，更不等于找到了地外文明。科学家要从中选择像地球那样具有岩石表面、拥有液态水和大气层且温度较为合适、体积也相当的行星进行研究。同时，选出的类地行星要环绕长寿命恒星公转，因为孕育生命和生命进化需要漫长的时间，几亿年寿命的恒星无法给它周围的行星提供这样的支撑条件。从地球出现生命到进化为人类来看，这一过程用时长达38亿年之久。

对满足上述要求的系外类地行星，要进一步对其大气组成进行光谱分析。因为大气中同时含有氧气和甲烷乃是存在生命的重要征兆，所以通过对恒星光线穿透行星大气情况的分析，如果发现了上述特征的存在，就说明行星可能有生命迹象。充足的氧气可使甲烷较快地转变成水和二氧化碳，因此氧气和甲烷同时存在，意味着甲烷有补充的来源。虽然产生甲烷的途径可分为生物体和非生物体两种，但终究给寻找地外生命提供了线索。美国宇航局和欧洲空间局计划在2020年前发射用于观测位于恒星宜居带中的类地行星的航天器，主要目的就是对行星大气进行光谱分析。

找到了具有生命征兆的系外类地行星以后，人类就可用大型射电望远镜和光学望远镜对其做进一步搜查，探测它有无特殊的无线电波或激光信号，以判断那里是否有达到技术文明水平的智慧生命了。不言而喻，只有发现了地外文明主人的存在，人类才能设法与其沟通信息。要实现这一美好期盼，需要做大量的多学科配套的研究工作，开普勒。太空望远镜的观测活动仅是迈开的第一步。科学家希望它能开个好头，能找到第二个地球，但对其结果却又无法预计，这正是科学研究的魅力所在。

大多数科学家相信，随着不断地把已经和即将掌握的最先进的科技成果运用到太空观测上来，人类一定能在寻找地外生命和地外文明的工作中，从量变的积累达到质的飞跃，最终发现新奇而又亮丽的宇宙新世界。

责任编辑庞云