錢峰

人類尋找地外行星進(jìn)而發(fā)現(xiàn)地外生命的愿望，在1999年4月，終于有了一點(diǎn)眉目。美國天文學(xué)家報(bào)告說，他們首次發(fā)現(xiàn)了已具雛形的外太陽系，有3顆行星正圍繞類似太陽的恒星旋轉(zhuǎn)。該外太陽系離地球約有44光年遠(yuǎn)。

不要把這3顆行星想像成與木星一般巨大且無生命蹤跡的氣體狀行星，它們的環(huán)境狀況類似于我們地球。自1995年以來，天文學(xué)家已發(fā)現(xiàn)了大約20顆木星般大的地外行星，除了我們太陽系有9顆行星繞太陽旋轉(zhuǎn)外，我們還未發(fā)現(xiàn)任何恒星有一顆以上的行星繞其旋轉(zhuǎn)的。

該外太陽系的第一顆行星，是于1996年被天文學(xué)家間接探測(cè)到的，它正繞仙女座γ星快速旋轉(zhuǎn)(肉眼觀測(cè)，兩星距離很近)，每4.6天繞轉(zhuǎn)一周。過去的幾個(gè)月里，新的觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，還有兩顆外圍的行星也在繞γ星旋轉(zhuǎn)，一顆繞轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為242天，另一顆為3.5年。

獵星者如果仔細(xì)研究它們的軌跡的話，那么他們不會(huì)一無所獲?！斑@對(duì)我們來說是一種信號(hào)，表明約有1％的恒星不僅擁有一顆行星，或許還擁有自己的行星系統(tǒng)。據(jù)保守估計(jì)，在銀河系約有10億顆恒星擁有行星，只是那些小行星我們看不見，或還未及發(fā)現(xiàn)?！敝鞒衷撎綔y(cè)活動(dòng)的舊金山大學(xué)的杰弗瑞·瑪西在哈佛——史密森尼安天體物理中心發(fā)表自己的觀點(diǎn)時(shí)說。

事實(shí)上，類似的大行星的真面目還尚未被任何人見到過，科學(xué)家們只是通過恒星受行星引力影響而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)其存在的。這些行星質(zhì)量小的有地球的165倍，大的有地球的2350倍。天文學(xué)家只知道它們的質(zhì)量，而對(duì)其表面特征、組成成分及生命產(chǎn)生的概率幾乎一無所知。要發(fā)現(xiàn)極可能有生命存在的類地行星，必須擁有更復(fù)雜的技術(shù)手段，而這些技術(shù)手段目前還未獲得。要探尋這類地外行星，至少需要數(shù)十年時(shí)間探測(cè)更遙遠(yuǎn)的星空。這些需要有數(shù)十億美元的資金來支持。

瑪西認(rèn)為，這正是“類地行星發(fā)現(xiàn)者”望遠(yuǎn)鏡的最終目標(biāo)。而“類地行星發(fā)現(xiàn)者”望遠(yuǎn)鏡正是NASA計(jì)劃建造的用以探測(cè)地外行星的新型望遠(yuǎn)鏡之一。如果設(shè)計(jì)制造成功，即可通過它的觀測(cè)，或得出最振奮人心的結(jié)論，即類地行星上有生命存在；或可以發(fā)現(xiàn)，類地行星上無生命或生命極其有限，人類是宇宙間惟一的智慧生物。

3顆類地行星的發(fā)現(xiàn)，更加堅(jiān)定了NASA負(fù)責(zé)人丹尼爾·戈?duì)柖〉男坌?。在過去的3年里，眼見政府對(duì)航天計(jì)劃的財(cái)政預(yù)算愈來愈少，戈?duì)柖屜韧瞥隽恕捌鹪从?jì)劃”。他不僅要發(fā)現(xiàn)地外行星，還要探明地外行星的真面目，甚至探明地外行星有無生命存在。即使一無所獲，他也要把NASA從開發(fā)利用太空船的日常事務(wù)中解脫出來，把公眾的視線吸引到他的計(jì)劃上。而他的計(jì)劃則源自于科學(xué)幻想，要知道，科學(xué)幻想有時(shí)對(duì)科學(xué)本身有著巨大的影響力。

在戈?duì)柖⌒坌牟挠?jì)劃出臺(tái)之前，天文學(xué)家尚在討論發(fā)現(xiàn)地外行星的可能性。戈?duì)柖⌒判氖愕毓膭?lì)天文學(xué)家只要方法科學(xué)，目標(biāo)是能夠達(dá)到的。1996年1月，就在與木星一般大的外太陽系類地行星被發(fā)現(xiàn)之后，戈?duì)柖≡诿绹煳膶W(xué)會(huì)會(huì)議上表露了自己的決心。他表示要從那時(shí)起，花上數(shù)年或數(shù)十年的時(shí)間，探明地外行星的細(xì)節(jié)，包括地外行星上有無海洋，有無云層。

聽了戈?duì)柖〉谋砺?，科學(xué)家們面面相覷，有的甚至連連發(fā)笑。要實(shí)行該計(jì)劃，那么我們望遠(yuǎn)鏡的直徑至少要有320千米，而且必須要在空間操縱，才能看清地外行星的真實(shí)面目。這就相當(dāng)于在10光年之外使用該望遠(yuǎn)鏡，才能看清地球上面積為美國得克薩斯州大小的地貌。要看清仙女座γ星系的行星，那就更不可能了。亞利桑納大學(xué)負(fù)責(zé)大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)的羅格·安吉爾認(rèn)為，這簡(jiǎn)直連做夢(mèng)都難以想像。對(duì)于離地球最近最大的恒星，如今的天文學(xué)家僅能勉強(qiáng)的分辨出其大氣層的氣體輻射及輻射范圍，而要探測(cè)更遙遠(yuǎn)的星球狀況，談何容易。

“起源計(jì)劃”開始之前，首先要調(diào)查距地球50光年之內(nèi)的與地球最近的類似于太陽的50顆恒星的狀況。在銀河系，10萬光年的范圍之內(nèi)，共存在有2000億顆恒星，而這50顆恒星，是距我們地球最近的。帕薩迪那噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室“起源計(jì)劃”的負(fù)責(zé)人查爾斯·貝赫曼，發(fā)現(xiàn)全美有關(guān)的研究小組都在研制大型望遠(yuǎn)鏡，不禁感嘆道：“發(fā)現(xiàn)地外行星，從真正意義上說，真是一種艱難的歷程?！?/p>

這就是說，目前還停留在圖紙上的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的繼承者——新一代空間望遠(yuǎn)鏡，也無法看清地外行星的面目。至2007年，新一代空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射之后，它也只能觀測(cè)最遙遠(yuǎn)星系內(nèi)的恒星，也只能作為地外行星搜獵行動(dòng)的輔助工具，以發(fā)現(xiàn)近距離恒星周圍的星球塵埃組成情況，提出有否地外行星的可能性。新一代空間望遠(yuǎn)鏡的主鏡直徑至少要有8米，其集光能力是2.4米哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的11倍。盡管其設(shè)計(jì)方案要在2年后才能定稿，但據(jù)認(rèn)為，其鏡面大致由薄型玻璃、鎳或碳化硅泡沫材料等超輕材料制成。其鏡面支撐結(jié)構(gòu)一改哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的笨重而由開放型的超輕支撐物組成。1990年，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的造價(jià)為20億美元。據(jù)1996年的物價(jià)指數(shù)測(cè)算，新一代空間望遠(yuǎn)鏡的造價(jià)為5億美元，包括發(fā)射啟動(dòng)等費(fèi)用在內(nèi)，最多不會(huì)超過9億美元。新一代空間望遠(yuǎn)鏡的重量約為2.8噸，約是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的1／4。最大的技術(shù)難題在于，其直徑要比哈勃空間望遠(yuǎn)鏡大，但重量要比哈勃空間望遠(yuǎn)鏡輕，用以節(jié)約發(fā)射費(fèi)用。

新一代空間望遠(yuǎn)鏡的試制，促進(jìn)了4年后將發(fā)射的另一個(gè)空間探測(cè)器計(jì)劃的產(chǎn)生，該空間探測(cè)器可以直接觀測(cè)地外行星，但其建造難度也更大。這就是所謂的“類地行星發(fā)現(xiàn)者”探測(cè)器。它由4個(gè)望遠(yuǎn)鏡組成，每鏡的直徑在3.5米～4米之間。在飛行途中，以直線形式排列，其長度在90米以上。它可提供觀測(cè)對(duì)象較寬較清晰的鏡像。其鏡像由尾部的空間飛行器接收，經(jīng)整理后送回地球。該空間探測(cè)器預(yù)計(jì)耗資10億美元。有了它，地外行星的鏡像在紅外區(qū)域?qū)⒊尸F(xiàn)一個(gè)清晰的圓斑。為了探尋地外行星上有無生命，可將其光線分解成光譜，以便發(fā)現(xiàn)地外行星大氣層的特征。地球上有豐富的水、氧氣、甲烷、二氧化碳，這就是具有生命活動(dòng)的鐵證。因?yàn)槿绻麤]有植物或動(dòng)物作為補(bǔ)充，這些氣體就不可能同時(shí)存在很長時(shí)間。假如在地外行星上也存在這種非均衡性，那么其生物存在的可能性就相當(dāng)大。

“類地行星發(fā)現(xiàn)者”探測(cè)器建造過程中要克服的最大難題之一，就是如何避免炫目的光線。太陽的可見光亮度比地球亮100億倍，就是在紅外區(qū)域，也比地球亮1000萬倍。發(fā)現(xiàn)恒星周圍的一顆行星，就像在高速公路上，在炫目的光線下，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)方車輛內(nèi)司機(jī)口中叼著的一支煙卷。為減少炫目的光線，將使用一種干涉儀。這種干涉儀是1978年由美國斯坦福大學(xué)的射電天文學(xué)家布雷斯威爾發(fā)明的。布雷斯威爾發(fā)現(xiàn)，光線射到一塊望遠(yuǎn)鏡片上時(shí)，會(huì)發(fā)生光波反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，即波谷變成了波峰。這時(shí)利用第二塊望遠(yuǎn)鏡片，其光線的亮度就會(huì)被抵消。但在實(shí)踐中，這種使光抵消的硬件是很難調(diào)校的，其調(diào)校的精確度應(yīng)小于一個(gè)原子的直徑，這在目前的實(shí)驗(yàn)室里都無法做到。地面實(shí)驗(yàn)成功之后，NASA將于2005年發(fā)射一枚名為“空間干涉使者”的繞地運(yùn)行的試驗(yàn)性飛行器，用以這方面的空間試驗(yàn)。

2010年之后，如果“類地行星發(fā)現(xiàn)者”探測(cè)器探測(cè)到地外行星光譜中存在生命的蹤跡，那么人類將發(fā)起最后的沖刺。那時(shí)，又一枚空間望遠(yuǎn)鏡將升空，它將探測(cè)地外行星上的云層、陸地和海洋。如若“類地行星發(fā)現(xiàn)者”探測(cè)器一無所獲，那么一切計(jì)劃將會(huì)被放棄。只要地外行星出現(xiàn)在空間望遠(yuǎn)鏡的鏡像之中，科學(xué)界和公眾的好奇將會(huì)促使制造巨型空間望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃的誕生。美國亞利桑納大學(xué)的天文學(xué)家安吉爾和伍爾夫?qū)Υ艘呀?jīng)有了設(shè)想，他們將設(shè)計(jì)一種巨型空間望遠(yuǎn)鏡。該鏡由獨(dú)立的25塊望遠(yuǎn)鏡片組成，每面望遠(yuǎn)鏡的直徑可達(dá)40米左右，在320千米直徑的空間范圍內(nèi)，排列成環(huán)狀。該巨型空間望遠(yuǎn)鏡在探測(cè)與地球同等大小的地外行星時(shí)，可發(fā)現(xiàn)地外行星表面480千米范圍之內(nèi)的地貌特征。伍爾夫認(rèn)為，該巨型望遠(yuǎn)鏡在設(shè)計(jì)上存在可行性，但對(duì)其制造技術(shù)尚一無所知。

NASA加速尋找地外生命的計(jì)劃受到了許多天文學(xué)家的歡迎，但也有人認(rèn)為該計(jì)劃因太宏大而耗時(shí)費(fèi)力。如美國威廉斯學(xué)院的天文學(xué)家帕薩卓夫就曾擔(dān)憂，該計(jì)劃一旦失敗，則將徒勞無益。而公眾會(huì)產(chǎn)生被欺騙了的感覺，并且我們會(huì)因此失去一些很好的科學(xué)計(jì)劃。發(fā)現(xiàn)地外生命固然令人激動(dòng)，但發(fā)現(xiàn)類星體、超新星、脈沖星等等，不也同樣令人心動(dòng)?

戈?duì)柖?duì)這種挑剔持克制的態(tài)度。他說：“我想重申的是，人們應(yīng)該展開想像的翅膀。如果你不抓住身邊的機(jī)會(huì)，那么你就不可能獲得突破，只能亦步亦趨、蹣跚前行?！?/p>

董兆惠 圖