杜以會

美國伽利略號宇宙飛船1989年從地球出發(fā)，1995年飛進木星軌道。木星雖是太陽系外行星里面距離地球最近的一個，但伽利略號太空船光是飛行就超過6年，可見太陽系的外行星離地球有多遠。

那么，我們這里所說的太陽系外行星有哪些呢?

我們知道，太陽系除了太陽外，王丕包括繞行太陽的行星、小行星、彗星，以及繞行行星的衛(wèi)星。

從太陽開始依序往外排列的是水星、金星、地球、火星、小行星帶、木星、土星、天王星及海王星。其中，水星、金星、地球、火星是固體行星，屬于內(nèi)行星；木星、土星、天王星及海王星是氣態(tài)行星，屬于外行星。

根據(jù)模型計算，不同外行星的內(nèi)部構(gòu)造都差不多，里面有一個相當于10～15個地球質(zhì)量的核心，成分是水、冰及石頭。這些核心可能是小彗星在太陽系剛形成時，慢慢累積而成，且其質(zhì)量與體積和外行星差不多。

1995年，天文界首度證實，銀河里有非常多的系外行星環(huán)繞其他恒星運行，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)200多個，這是相當重要的突破。有一個說法認為，類似天王星、海王星這類外行星循其軌道運行時，如果走到較靠近中間恒星的地方，受恒星輻射加熱的影響，表面氣體會因為溫度上升而散失。當表面溫度夠高時，冰會融化，表面變成海洋，最后變成與固體行星、氣態(tài)行星不同的第三類行星“水行星”。如果變成水行星，想必里面的生物圈會很有趣，如果有高等生物在里面形成，會是什么樣子呢?

冥王星被除名

地球到太陽的距離在天文學(xué)上稱為1個天文單位，簡稱1AU。在海王星軌道外，離太陽約40AU～60AU的區(qū)域，有很多由幾十到幾百公里大小不等的冰和石頭混合形成的小星體，稱為“古柏帶物體”，那里是短周期彗星的來源。

走到更外圍，大約3～4萬AU的區(qū)域是“彗星原鄉(xiāng)”，是長周期彗星的來源。由彗星的軌道分布可知，整個太陽系被圓形的彗星河圍繞，因此有另一個延伸揣測認為，或許每一顆系外恒星都有彗星河環(huán)繞。

在海王星軌道外的冥王星是美國一位天文學(xué)家在1930年發(fā)現(xiàn)的，美國人很高興，把它當成第九顆行星。可是最新研究發(fā)現(xiàn)，在它的軌道范圍附近還有一些大小不一的小星體，若把它們?nèi)籍敵尚行?，可能有?shù)萬個或更多個行星出現(xiàn)。

這個問題在2006年的國際天文學(xué)會中提出討論，該會為太陽系行星下了一個新定義：“必須是主宰該區(qū)域的軌道動力學(xué)的主要星體才能定義為太陽系里的主要行星?！憋@然，冥王星不符合這個新定義，因此，已從行星中除名，現(xiàn)在稱為矮行星。

由此還可推斷，2005年發(fā)現(xiàn)的、比冥王星更遠、更大的第十顆“行星”，應(yīng)該也無法得到認同，因為類似星體在更外圍的地方可能還有十多個。雖然目前不了解這些星體是如何形成的，但在太陽系外圍發(fā)現(xiàn)越來越多小星體后，已經(jīng)使得科學(xué)界對太陽系的看法越來越不一樣了。

到歐羅巴尋找生命跡象

對于衛(wèi)星的認識，早期的人只知道，月球是地球的衛(wèi)星。

1610年，意大利人伽利略用自制的光學(xué)望遠鏡觀測，發(fā)現(xiàn)了伊奧(木衛(wèi)1)、歐羅巴(木衛(wèi)2)、甘尼米德(木衛(wèi)3)、卡利斯多(木衛(wèi)4)等4顆繞著木星轉(zhuǎn)的星體，后來統(tǒng)稱為“伽利略衛(wèi)星”。接著，又發(fā)現(xiàn)所有外行星都有自己的衛(wèi)星。1970年后，人類開始發(fā)射宇宙飛船至外行星附近照相，并用不同儀器測量，使得近30多年來大家對于外行星衛(wèi)星系的觀點又大幅改變。

超過6年才飛到木星軌道的伽利略號宇宙飛船，以2年時間繞著木星轉(zhuǎn)，是為觀測木星的內(nèi)部構(gòu)造、大氣層和它的衛(wèi)星。一個主要發(fā)現(xiàn)是：木星的衛(wèi)星伊奧，其表面的火山活動是全太陽系最活躍的，它很熱，表面有斑點(這些斑點應(yīng)來自活火山的硫磺物質(zhì))。活火山產(chǎn)生的大量二氧化硫不但布滿表面，還散播到整個木星系統(tǒng)。

有時候伊奧走進木星影子里，太陽光照不到它，照理說宇宙飛船的望遠鏡也看不到它，可卻依然看到亮光。這是因為，木星上稀薄的大氣層圍著火山口，當火山口噴出的氣體碰撞木星大氣層的高能帶電粒子時，帶電粒子受到激發(fā)而射出光子，因此有亮光。

歐羅巴是木星的第二顆衛(wèi)星，表面光滑，當宇宙飛船靠近時可以看到許多條紋。經(jīng)過移動比對后推測，它的表面可能像地球的南北極一樣，曾經(jīng)有不少冰山在海水上漂浮，因此推測，表層的冰塊下應(yīng)有一大片地下海洋。

這個“歐羅巴底下可能有地下?！钡拇y，令行星科學(xué)家相當興奮，他們透過重力和磁場測量后認為，在木星的多個衛(wèi)星的冰層下極可能有融化的水，而其下面應(yīng)該是密度較高的地心?？墒沁@些冰層究竟有多厚呢?可能幾公里、幾十公里，也可能幾百公里，沒人知道，這使得在歐羅巴尋找生命的研究相當困難。

到泰坦尋找生命起源

美國與歐洲合作的“卡西尼－惠更斯”宇宙飛船在1997年發(fā)射升空，2004年6月進入土星軌道，成為繞著土星走的人造衛(wèi)星，計劃以4年時間觀測土星的不同衛(wèi)星。同年12月，由這艘宇宙飛船載運、歐洲太空局擁有的“惠更斯泰坦大氣探測船”登陸“泰坦”(土衛(wèi)6)。由于這艘大氣探測船上載運了多種科學(xué)儀器，因此，能在泰坦大氣層降落過程中得到大量資料，藉以增進對泰坦大氣層的了解，這是卡西尼計劃的最重要目標。

泰坦的大氣層由氮氣形成，它也是土星的最大衛(wèi)星。由于在生命未出現(xiàn)以前，地球大氣層也是以氮氣為主，因此，要了解地球生命的起源，泰坦相當于一個自然博物館，可以告訴我們地球在尚未出現(xiàn)生命前的情況。

科學(xué)界對泰坦格外感興趣的原因是，除了氮氣外，那里還有一點甲烷，而甲烷加氮經(jīng)化學(xué)作用會產(chǎn)生大質(zhì)量有機分子，這些分子很可能就是產(chǎn)生生命所需要的。這是探測船為何登陸泰坦的原因。

當年，在籌備“卡西尼－惠更斯”計劃時，科學(xué)界的想法是：泰坦大氣層歷經(jīng)幾十億年受太陽光照射而起化學(xué)作用，遺留下來的大分子會像下雨一樣沉下去，可能在表面累積一兩公里厚。若以泰坦表面的壓力和溫度推測，累積在表面的物質(zhì)很可能不是固態(tài)而是液態(tài)。因此，在發(fā)射卡西尼太空船-時，一個主流的揣測是：泰坦表面很可能是汪洋一片。但經(jīng)實際觀測后得知，絕大部分的泰坦表面由冰塊組成，有些地域溫度低到－183℃。

泰坦大氣層接受光合作用后，里面的甲烷經(jīng)化學(xué)作用所形成的復(fù)雜分子是氣膠。氣膠會反射太陽光、吸收太陽光，使得整個泰坦大氣層非常不透明，因此，只能用雷達照射才能得到地面構(gòu)造的影像。一個令人振奮的消息是，卡西尼宇宙飛船的雷達儀器在2006年7月觀測泰坦北極時，發(fā)現(xiàn)有大小湖泊散布其間，小的寬約10公里，較大的寬約50公里。人類終于發(fā)現(xiàn)，在宇宙穹蒼中的其他地方也有湖泊的存在。

卡西尼計劃的明日之星

當初設(shè)計卡西尼計劃時，泰坦是主要的目的地，沒想到一顆不太起眼

的土星衛(wèi)星“恩希拉德斯”(土衛(wèi)2)，反而成為卡西尼計劃的明日之星。

恩希拉德斯的直徑約500公里，表面有些地方看起來很老，也有很多像彈坑的地方，可能是太陽系形成時遺留下來的；而有些表面非常平滑，表示那些地方仍很年輕。由于整個表面的反射非常亮，很可能表面是由冰組成的。

2005年7月，卡西尼宇宙飛船在飛過恩希拉德斯時距離其表面僅100多公里，用紅外線觀測溫度分布時發(fā)現(xiàn)一個奇怪現(xiàn)象：其最高溫度不在赤道，而在南極。更有趣的是：其表面有非常細的表形條紋，條紋旁有噴流，噴流里面除了水汽，更有大小約1微米的冰塊。這使得恩希拉德斯像個大彗星一樣，從地里不斷地跑出氣體與塵埃來。

至此得到一個結(jié)論：恩希拉德斯的表面下可能有融水。最合理的解釋是：因為有融水所以有高壓，高壓造成的噴流，甚至連旁邊冰的塵沙也一起帶出來。這就表示，距離表面不遠處，可能數(shù)十米下面便有融水。

過去的看法認為，歐羅巴的冰層底下有融水，因而幻想里面可能有生物，可是冰層到底多厚很難查證。觀測恩希拉德斯以后，推測它的融水處可能只在表面下幾十米，于是情況變得不一樣了，大家對它下面是否有生物的研究興趣相當高。不過仍有一些問題，因為，它是土星的衛(wèi)星，比木星更遠，大概要再等20年才可能有飛船去那里尋找生物。

沒有光合作用也能活

尋找外星生命是天文研究領(lǐng)域中相當熱門的活動，然而，地球上許多與生命有關(guān)的知識，我們也是最近才知道的。譬如，原本以為一切生物都靠光合作用取得養(yǎng)分，如果照不到陽光，生命就無法延續(xù)。但是，海底下數(shù)公里的火山口噴出來的水溫高達數(shù)百度，科學(xué)家已在，火山口的地氣出口處發(fā)現(xiàn)有趣的生物圈。這些生物圈只在海底，地面上找不到，里面的生物靠化學(xué)作用取得養(yǎng)分。

另外，在臺灣中部車籠埔地震斷層2公里下取出的樣本中，竟然也有微生物；有些地方鉆到6公里下面，仍然找得到微生物。更令人訝異的是，以平均1公斤石頭含若干重量的微生物計算，全地球地下5公里以內(nèi)的微生物總重量，會比地表上所有生物的總重量還重。

把地底下的微生物探樣做DNA分析后發(fā)現(xiàn)：它們在高溫中才能生存，放到低溫中會死亡。因而出現(xiàn)一個想法：或許這些地底下的微生物是地球生命出現(xiàn)的第一代生物。也就是說，地球剛形成時表面溫度很熱，只有這些微生物存活，待地面冷卻、海洋出現(xiàn)，溫度慢慢降低，它們才退到地底下。

循著這一說法，科學(xué)家進一步聯(lián)想，有可能歐羅巴的地底下、海底下也正發(fā)生著類似事件。這些想法令地質(zhì)生命科學(xué)家充滿興趣，而這也是當初美國一些太空科學(xué)家想到歐羅巴尋找生命的原因——他們想在冰層很多的地方鉆洞，然后放下潛水艇去尋找生命?？墒?，這個昂貴計劃可能遇到阻礙，因為美國太空總署想把這筆經(jīng)費挪到在火星上尋找生命和推動太空殖民的計劃!

火星生命應(yīng)該在地底下

火星是從太陽開始往外算的第四顆行星；1996年，美國太空總署科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一塊火星隕石表面上有一些微細形狀，他們推測，可能是火星微生物遺留下來的化石。

過去幾年來，許多科學(xué)家都在爭論這個說法是否正確，姑且不論真相如何，眾多科學(xué)家、生物學(xué)家、大氣地質(zhì)學(xué)家對火星發(fā)生興趣，就是這塊隕石引起的?；鹦潜砻鏄O端干燥，常被大量的沙塵暴肆虐，沒有生命跡象。但是很多地方有大峽谷，似乎表示過去有一段時間曾被大量融水沖蝕過。

目前觀測到的說法是：火星的大氣很少，壓力是地球的1％，無法阻擋會破壞DNA的宇宙射線和紫外線，如果有生命存在，應(yīng)該在地底下。此外，又觀測到火星大氣層的主要成分是二氧化碳，冬天時，北極區(qū)有由二氧化碳形成的許多大小冰帽，春天會消失，到了秋冬又再凝結(jié)。如果有融冰?？赡懿卦谀媳睒O地底。

綜合這些信息，科學(xué)家推測出另一個想法：未來航天員在火星上建立基地后，必須維持生命，因此要找水；若要找水，必須走到極區(qū)附近鉆洞找水，這時可以附帶尋找隱藏在地表下的生命(微生物)。

天文生物學(xué)未來無可限量

卡西尼宇宙飛船的種種發(fā)現(xiàn)，使得科學(xué)家相信到外星球?qū)ふ疑钠鹪磁c演化不再是幻想，同時更促成“天文生物學(xué)”的興起。

這是行星科學(xué)研究領(lǐng)域中一個新的重要學(xué)科，它結(jié)合了天文太空發(fā)展及生命科學(xué)的知識，除了探討地球外，還要探討別的星球是否也有生命發(fā)展的可能性。這個研究領(lǐng)域的未來發(fā)展無可限量，有興趣投入者，除了天文知識外，還需具備物理、化學(xué)、生物、地球科學(xué)等基礎(chǔ)知識。