发现“另一个地球”

余风

北京时间2015年7月23日晚，美国国家航空航天局（NASA）发布消息称，天文学家通过开普勒望远镜，发现了一颗与地球相似度高达98%的类地行星开普勒-452b，这一发现，是“人类寻找另一个地球的道路上里程碑式的发现”。

随后，这颗名为开普勒-452b的行星迅速红遍全球并持续引发热议——“发现地球2 . 0”“地球脱‘单’了”“移民开普勒-452b”……一时之间，整个“地球村”的人似乎都沉浸在找到“同类”的兴奋中。

人类对太空的向往，几乎是一种亘古的情怀——在中国的上古神话中，嫦娥就因为服用了不死之药而飞到遥远的广寒宫，成为了月中仙子。

然而，此后琼楼玉宇，高处不胜寒，不老的美丽带给她的，是永恒的孤独。

与嫦娥一样，当人类将科技的触角延伸到宇宙时，当我们环顾茫茫太空却找不到同伴时，那种仿佛与生俱来的孤独让我们难以承受。正因为这样，我们才会对开普勒-452b燃起如此高昂的热情。

那么，开普勒-452b到底是颗什么样的星球？为什么NASA称它是一个“里程碑式的发现”？

对于这颗新发现的行星，NASA开普勒计划负责人乔恩·詹金斯是这样描述的：“我们可以把开普勒-452b看作地球的‘大表哥’，去理解和思考地球的演变环境。”

和地球相比，这个“大表哥”是个不折不扣的“老胖子”——它的直径是地球的1.6倍，年龄已经有60亿岁了，比地球老14亿岁。

这个“大表哥”居住在天鹅座，距离地球1400光年，也就是说，即使是光，都要走1400年才能到达这颗新发现的行星。

1400光年到底有多远呢？打个形象的比方，我们现在观测到的开普勒-452b的信号，相当于唐代建朝之初发射出的一束光，现在才刚刚抵达地球。

如果我们乘坐目前速度最快的“新视野号”探测器，以5.9万公里/小时的速度飞行，也要花2709万年才能抵达开普勒-452b——而人类在地球上的全部历史也不过短短数百万年。

那么，光年之远，人类是怎样探测出开普勒-452b这个“大表哥”的身材和年龄的呢？

目前，科学家们在探测系外行星时，主要采用凌星法。其探测原理是，当系外行星从我们的探测器前方经过时，由于行星会遮挡住部分恒星发出的光，这将造成恒星的亮度发生轻微减弱，因此，通过对这种轻微光变的探测，便可推知系外行星的存在。但凌星法也有一个缺陷：它只能测定系外行星的直径大小，而无法判定其质量。

在开普勒-452b的发现之旅上，还有一个“功臣”不应被遗忘——那就是开普勒太空望远镜。

开普勒太空望远镜是世界上第一个探测系外行星的航天器，由NASA下属的喷气推进实验室研制，它携带的最主要的科学仪器是光度计，并配备了一个直径95厘米的透镜。

自2009年3月7日发射升空后，开普勒望远镜对天鹅座和天琴座中约10万个恒星系统开展了观测，目的是搜寻太阳系外的行星，特别是搜寻与地球相似、由岩石构成、位于恒星宜居带上的行星，以研究银河系内行星系统的多样性。

所谓的宜居带，是指一颗恒星周围一定距离的范围。在这一范围内，水能以液态形式存在。由于液态水被科学家们认为是生命生存所不可缺少的元素，因此，一颗行星如果恰好落在这一范围内，那么它通常就被认为可能是宜居的。

实际上，在系外行星的探测之旅上，开普勒-452b既不是开普勒太空望远镜发现的“首颗适合居住的类地行星”，也不是唯一一颗宜居行星，更不是最像地球的宜居行星。

早在2011年的12月，开普勒望远镜就发现了“首颗适宜人类居住的类地行星”——开普勒-22b。此后，仅开普勒望远镜确认发现的太阳系外行星就有1030颗，候选行星则多达4696颗，其中，有12颗行星位于宜居带且大小与地球类似，直径介于地球直径的1～2倍之间。

你可能会惊讶于地球的“兄弟”居然有12个之多，但科学家会告诉你——错了，宇宙中类似地球的宜居行星，可远远不止这12颗。

NASA负责开普勒望远镜项目的任务科学家、天体物理学家巴塔利亚介绍说：“对类地行星的估计结果表明，15%～25%的恒星拥有潜在的、处在宜居带的行星。这一估计结果，主要基于对围绕温度较低的恒星运转的行星所做出的发现。这些新发现显示，类太阳恒星的统计数字大致与红矮星估计数字一致。红矮星、橙矮星和黄矮星占银河系恒星的90%左右。按保守估计，这些恒星中的15%拥有一颗处在宜居带、大小是地球1至1.6倍的行星，那么用宇宙中的星系总数1000亿乘90%、再乘15%，也就是有140亿颗潜在的宜居行星。”

而与地球类似的行星，必须是围绕像太阳这样的黄矮星运行的，这样，才能保证其星球环境适宜人类居住。那么，这个数量又是多少呢？以太阳系周边33光年范围内的各类恒星构成为例：太阳系周边总共有357颗恒星，其中248颗是红矮星，44颗是橙矮星，20颗是黄矮星。这意味着，在上述的140亿颗行星中，大约有10亿颗行星围绕类似太阳的黄矮星运转。

也就是说，在宇宙中，可能有10亿个和地球大小相近、处在宜居带、表面可能存在液态水、围绕散发金色光芒的恒星运转的行星“兄弟”。

在这庞大的“兄弟”群中，开普勒-452b并非长得最像地球的一个。比如，2014年3月发现的开普勒-186f，其半径只有地球的1.1倍，同样也处于宜居带内，比开普勒-452b更接近地球的大小，只是其所环绕的恒星，没有太阳大，且光芒黯淡。

因此，我们不能说开普勒-452b与地球最为相似，它的特殊之处在于——开普勒-452b及其母星开普勒-452，是迄今发现的与地球和太阳最相近的“行星与恒星组合”，我们姑且可以将它形象地称为“太阳系2.0”系统。

这个“太阳系2.0”系统，由恒星开普勒-452和行星开普勒-452b组成，刚好处于宜居带中，表面温度允许液态水存在。

在星际距离上，开普勒-452b与其母星开普勒-452的距离是1.57亿公里，和地球与太阳的距离类似；开普勒-452b围绕母星开普勒-452运行的公转周期为385天，接近地球的公转周期——这意味着，如果人类未来真的能移民开普勒-452b，那么，这颗星球上一年的时间也是300多天，我们将比较容易适应这种时间的轮替。

此外，新发现的开普勒-452及开普勒-452b系统的年龄约为60亿岁，与太阳系的年龄极为相似。

通常而言，太阳以及与太阳质量相当的恒星，一生中大致要经历原恒星-主序星-红巨星-白矮星-黑矮星等阶段。以太阳为例，经过近46亿年的“成长”，它现在已经发展到了主序星阶段的中年期，正值“壮年”。在这一阶段，它核心内部不断发生着恒星核合成反应，将氢聚变成氦。

在这一聚变的过程中，每秒有超过400万吨的物质被转化为能量，生成中微子和太阳辐射。目前，这一能量的释放过程较为稳定，这给人类的生存创造了条件。而如果能量的释放不稳定的话，恒星所爆发出的超级带电粒子风暴就会给人类带来灭顶之灾。

与太阳系类似，开普勒-452及开普勒-452b系统同样正值“壮年”，这使智慧生命的出现成为可能；此外，虽然目前还无法准确测量出开普勒-452b的质量，但根据理论模型推测，它可能是一颗岩石行星，质量可能是地球的5倍，也许存在空气和水，因此极有可能已经发展出了智慧生命。

未来，NASA将通过光谱分析法，推算出开普勒-452b的质量和密度，确定它是否是岩质行星。然后，通过光谱分析对它的大气成分进行研究，寻找开普勒-452b上是否有生命存在的信号（比如，在地球的光谱中，各种指示生命存在的信号——如氧气、液态水等信息，都有对应的峰出现）。

此外，对开普勒-452b的最新研究显示，它很有可能就是地球未来“老”了以后的样子——在开普勒-452形成后的最初50亿年内，开普勒-452b接收到的光照强度比地球弱，但现在它接收到的光照强度已经超过了地球。据此，科学家认为，随着太阳和地球年龄的增长，地球上接收到的光照强度极有可能也会像开普勒-452b一样逐渐增强，届时，它也许将变得更加炙热，将不再适宜人类居住。

实际上，对开普勒-452b以及其他类地行星的进一步探测和研究，不仅将帮助我们更好地预测地球的未来，寻找可能存在的“星际同伴”，并回答人类未来是否可以移民外星球等现实命运问题，而且也将有助于解答宇宙以及生命从哪儿来、将走向何方等长久困扰人类的问题。

不过，鉴于开普勒望远镜2009年才升空，数据累计只有短短几年，观测半径也只有数千光年，对于银河系10万光年的直径以及更加辽阔的宇宙而言，它仍然“看”得不够远、不够清晰。因此，在更深更远的宇宙里，必定还有更多更加惊人的谜题，在等待着我们去探索、去发现。答案究竟何时才能揭晓，让我们拭目以待！（责任编辑/和恩馨）

如果外星真有高等智慧生命存在，他们怎样才能在茫茫宇宙中发现地球？对此，科学家们进行了大胆的猜想和探索。

观测反光。2009年，美国国家航空航天局曾利用“深度冲击”太空探测器，以地外生命视角从遥远距离观测地球。研究人员发布的一份研究报告显示，利用镜面反射原理，其他行星上的“天文学家”可以借助地球洋面对光的反射，发现我们这颗蓝色“水球”。

美国航天局艾姆斯研究中心研究员泰勒·鲁宾逊称，研究人员重新分析月球火山观测感应卫星5年前收集的数据，发现从月球表面观测“月牙”状态下的地球时，可以观测到地球洋面反射的光线——此时，地球亮度是平时的两倍。研究人员把这种现象命名为“地球闪烁”。

其实，长期以来，研究人员一直在探索能否观测到其他行星的“闪烁”。而这项新研究启示我们，要观测“闪烁”，关键在于选择适当波长的光。这也为今后研制天文观测望远镜提供了新思路。

探测臭氧。臭氧也是生命存在的重要标志之一，由于臭氧在紫外线中容易被观测，所以也可以作为一种“生物指示器”。因此，科学家提出，今后研制的望远镜可以（侧重）观测紫外线。

地球的臭氧层能够吸收太阳辐射中的大部分有害紫外线，使地球生物免遭伤害，如同地球保护伞。因此，来自其他星球的“天文学家”如果能探测到大气层中的臭氧，就能找到我们这颗宜居行星。（来源：本刊资料室）