鄭永春

前不久確認(rèn)發(fā)現(xiàn)的行星開(kāi)普勒452b被稱為地球的“孿生兄弟”，是最有可能擁有生命的候選者

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很多新聞報(bào)道中，系外行星往往被稱為“超級(jí)地球”、“最類似地球的行星”、“第二地球”等，這似乎描繪了一個(gè)光明的前景，人類未來(lái)有可能移居到這些星球上去。但作為冷靜的探索者，我們需要思考這些系外行星是否真的像地球一樣，人類未來(lái)是否真的有可能移居到這些行星。

什么是開(kāi)普勒452b

在對(duì)美國(guó)航空航天局（NASA）的開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡（Kepler）為期4年任務(wù)期間獲取的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之后，天文學(xué)家發(fā)布了太陽(yáng)系外行星候選者的全新名錄。在開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡業(yè)已發(fā)現(xiàn)的4175顆行星以外，這份名錄又增加了500多顆新的候選行星。

開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡通過(guò)觀測(cè)恒星亮度中出現(xiàn)的周期性變暗，來(lái)分辨可能存在的行星。然而，確定這些行星真的存在，則需要借助其他設(shè)備展開(kāi)后續(xù)觀測(cè)，通常是搜尋它們的主星是否會(huì)發(fā)生輕微的搖擺。按照過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)行星候選者，后來(lái)都被確認(rèn)為是真實(shí)存在的行星。負(fù)責(zé)編制這份名錄的美國(guó)搜尋地外智慧文明研究所（SETI）科學(xué)家杰弗里·庫(kù)格林說(shuō)，“這份名錄里包含了我們對(duì)開(kāi)普勒的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行首次分析的結(jié)果。這些改進(jìn)的分析將幫助天文學(xué)家更好地確定較小、較涼爽的行星的數(shù)目，這類行星是最有可能擁有生命的候選者?！?/p>

新公布的名錄中包含12個(gè)行星候選者，它們的直徑不到地球兩倍，在各自恒星的所謂“宜居帶”中環(huán)繞恒星運(yùn)轉(zhuǎn)。宜居帶是指距離恒星不遠(yuǎn)不近的一個(gè)環(huán)帶，行星在這里接收到的來(lái)自恒星的能量，允許液態(tài)水存在于行星的表面。在這些候選者中，第一個(gè)被確定真實(shí)存在的是開(kāi)普勒452b。

開(kāi)普勒452b與地球有多像

開(kāi)普勒452b不能說(shuō)是最像地球的太陽(yáng)系外行星。舉例來(lái)說(shuō)，2014年宣布發(fā)現(xiàn)的開(kāi)普勒186f，半徑是地球的1.17倍；而今年年初宣布發(fā)現(xiàn)的開(kāi)普勒438b，半徑更是只有地球的1.12倍。這兩顆行星都處在各自恒星的宜居帶內(nèi)，也都比開(kāi)普勒452b更接近于地球的大小。只不過(guò)，那兩顆行星所環(huán)繞的恒星，都要比太陽(yáng)小得多，也暗得多。而開(kāi)普勒452b行星距離地球1400光年，繞著一顆與太陽(yáng)非常相似的恒星運(yùn)行。那顆恒星的質(zhì)量比太陽(yáng)多4%，亮度則要多出20%。開(kāi)普勒452b到那顆恒星的距離，跟地球到太陽(yáng)的距離相同。連表面溫度都一模一樣。因此，如果把恒星也考慮進(jìn)來(lái)的話，開(kāi)普勒452b就當(dāng)仁不讓，確實(shí)稱得上是“另一個(gè)地球”，只不過(guò)它本身還是不太像地球罷了。

有趣的是，盡管開(kāi)普勒452b的主星不論大小還是亮度，都跟我們的太陽(yáng)非常相似，但這顆恒星的年齡要比太陽(yáng)老15億年。因此，這顆行星讓我們有機(jī)會(huì)預(yù)覽未來(lái)的地球可能的模樣。

開(kāi)普勒452b的直徑比地球大60%，這是開(kāi)普勒的觀測(cè)數(shù)據(jù)能夠精確測(cè)定的?；谒闹睆?，以及它所環(huán)繞的恒星類型，開(kāi)普勒452b是巖石星球的可能性，高于以往開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)的其他行星。它還有可能擁有厚厚的大氣層和大量的水。它的大小介于地球和海王星之間，是開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)的數(shù)量最多的一類行星。不過(guò)在我們自己的太陽(yáng)系中，并不存在這樣的行星。開(kāi)普勒452b環(huán)繞恒星運(yùn)行一周需要385天，比地球公轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)3個(gè)周期。該行星位于恒星宜居地帶，開(kāi)普勒452b表面可以維持液態(tài)水的存在。水被認(rèn)為是生命進(jìn)化的重要元素，因此開(kāi)普勒452b是迄今發(fā)現(xiàn)最有可能潛藏外星人的系外行星。

由于我們還無(wú)法測(cè)量開(kāi)普勒452b的質(zhì)量，天文學(xué)家依據(jù)模型估算了它的質(zhì)量范圍，最有可能的數(shù)值是地球質(zhì)量的5倍。按照模型，這樣一顆大質(zhì)量的巖石行星，很可能至今仍然有活躍的火山活動(dòng)。

移居第二地球依舊遙遠(yuǎn)

開(kāi)普勒452b的發(fā)現(xiàn)，讓我們距離目標(biāo)，即了解宇宙中存在多少宜居行星，又更近了一步。如果是短期登陸探訪，有很多太空探索的目的地可供人類選擇，因?yàn)槊荛]的登陸艙和厚重的宇航服可以保護(hù)我們。但如果要移居到另一顆星球，這就要求找到一個(gè)適宜人類長(zhǎng)期居住的天體，這個(gè)天體必須具備更為苛刻的條件：

首先，要有大氣層的保護(hù)。以地球海平面的大氣壓力為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)院里的高壓氧氣治療為1.4個(gè)大氣壓，珠穆朗瑪峰頂約為0.41個(gè)大氣壓。如果系外行星的大氣太稠密或太稀薄，人類的心肺功能都將難以承受。如金星表面是90個(gè)大氣壓，連載人登陸都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，更不可能適合人類生存了。

除大氣壓外，還要擁有合理的大氣成分和比例。地球大氣的主要成分是氧氣和氮?dú)?，而且要符合一定比例。氧氣含量過(guò)高，人會(huì)發(fā)生醉氧，過(guò)低則會(huì)缺氧。但是，目前的探測(cè)手段還難以確定系外行星是否擁有大氣層，更難以判斷大氣成分。從太陽(yáng)系的經(jīng)驗(yàn)分析，土衛(wèi)六的大氣是氮?dú)夂图淄?，木衛(wèi)二為純氧，金星大氣主要為二氧化碳，可能大多數(shù)系外行星的大氣成分主要為氮?dú)?、甲烷、二氧化碳等，根本不適合人類生存。除了氧氣，地球大氣層中的微量氣體也發(fā)揮了很大作用，比如臭氧過(guò)濾掉了對(duì)人類危害最大的紫外輻射。系外行星如果沒(méi)有臭氧層，人類患皮膚癌的概率將大大增加。

其次，要有液態(tài)水和適宜的溫度。水是生命之源，根據(jù)地球的經(jīng)驗(yàn)，生命的存在離不開(kāi)水。有了水，才有可能形成生態(tài)系統(tǒng)，人與生物圈才能形成相互依賴、不斷進(jìn)化的生態(tài)系統(tǒng)，否則人類單獨(dú)是難以長(zhǎng)期生存的。實(shí)際上，現(xiàn)有科技手段還無(wú)法證實(shí)系外行星上是否有液態(tài)水，只能根據(jù)系外行星與恒星之間的距離來(lái)估算行星上的溫度，并根據(jù)溫度范圍推斷是否有液態(tài)水的存在，并非探明真的存在液態(tài)水。即使系外行星與恒星的距離位于宜居帶內(nèi)，也并不能保證行星表面具有適宜的溫度。行星大氣層的密度和成分將顯著影響行星表面的溫度。

根據(jù)達(dá)爾文的進(jìn)化論，生命的演化需要經(jīng)歷漫長(zhǎng)的歷史。太陽(yáng)作為太陽(yáng)系的母恒星，是一顆中等質(zhì)量的恒星，人類預(yù)測(cè)其壽命大約100億年?，F(xiàn)在太陽(yáng)的演化已經(jīng)過(guò)去約50億年，地球的形成已歷經(jīng)了46億年。地球誕生后8億年才出現(xiàn)簡(jiǎn)單的生命，而人類的出現(xiàn)則不過(guò)250萬(wàn)年。換言之，太陽(yáng)系誕生約50億年后才繁衍出高度發(fā)達(dá)的文明。在宇宙中，如果母恒星的質(zhì)量太大，其壽命就會(huì)比較短，它的行星就會(huì)來(lái)不及在母恒星的“有生之年”演化出相對(duì)復(fù)雜的生命。

再次，適宜居住的系外行星必須有一個(gè)巖石質(zhì)的表面。只有這樣，人類才可以繼續(xù)生活在陸地上。由于系外行星的質(zhì)量越小就越難觀測(cè)到，所以早期發(fā)現(xiàn)的系外行星大多是木星那樣巨大的氣液態(tài)行星，并不適合生命生存。適宜居住的還要有一個(gè)完美的磁場(chǎng)，可以屏蔽來(lái)自恒星和恒星際的高能帶電粒子；這些行星必須已經(jīng)演化到了中年階段，內(nèi)部能量的釋放比較溫和，因?yàn)樘幱谘莼缙诘哪贻p行星往往會(huì)狂暴地釋放內(nèi)部能量，地震和火山爆發(fā)的強(qiáng)度和頻度太大，人類在這些自然災(zāi)害面前的生存機(jī)會(huì)將十分渺茫。

最后，系外行星所屬的恒星的能量釋放要比較穩(wěn)定。否則人類在恒星爆發(fā)的超級(jí)帶電粒子風(fēng)暴面前只能坐以待斃。行星系統(tǒng)要已經(jīng)演化到晚期階段，大量的小天體碎片已經(jīng)被大的行星吸積，行星際空間逐漸清朗，可以大大降低行星被小天體撞擊的幾率。

總之，人類之所以能在地球上生存，是因?yàn)榈厍虼┝藥讓颖Ｗo(hù)人類的防護(hù)衣。第一層是磁場(chǎng)，它屏蔽了大量高能帶電粒子，保護(hù)我們免受高劑量輻射的傷害；第二層是大氣層，它提供了人類呼吸所需的氧氣和植物生長(zhǎng)所需的二氧化碳，其中的臭氧又過(guò)濾掉對(duì)人體有害的紫外線；第三層是水圈，水作為載體，促進(jìn)了地球各圈層之間的物質(zhì)循環(huán)和生物的新陳代謝。目前，人類對(duì)開(kāi)普勒452b表面是否存在大氣，乃至其表面大氣厚度、成分知之甚少。很多未解之謎有待探索。系外行星的想象雖然美好，但這美好的“遠(yuǎn)水”解不了人類面臨的“近渴”，人類未來(lái)的命運(yùn)還是系于地球。

國(guó)家天文臺(tái)副研究員