[网易探索]新的地球

<DIV class=featurepic><IMG src="http://s.ngm.com/2009/12/new-earths/img/new-earth-615.jpg"></DIV>
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<P >像不像我们的地球家园？这是葛利斯恒星系（the Gliese system）中四颗围绕轨道运行的行星，其中包括新发现的Gliese 581 e (前景)和581 d。前者是一颗岩石星，大约是地球重量的2倍；后者可能存在液体状态的水。该恒星的亮度不如我们太阳，距离我们20光年。</P></DIV>
<P>天各一方的不同世界</P>
<P>纵观历史，人们仅知道宇宙中只有一个地球存在，然而，用不了多不久，可能会出现一个新的，接着，又是一个。</P>
<P  align=left>By Timothy Ferris</P>
<DIV class=article_credits_photographer>Art by Dana Berry</DIV>
<DIV class=content>
<P>人类花了数千年时间来探索自己的星球，又花了几个世纪去了解与我们相邻的行星，不过现在每星期都有新的世界被发现。迄今为止，<a href="http://www.yeeyan.com/articles/tag/天文" target="_blank" ><EM>天文</EM></A>学家已经确定围绕其他太阳系旋转的行星超过370多颗。许多人是如此的好奇，以至于对生物学家J. B. S.霍尔丹的名言深信不疑：“宇宙不仅比我们想象到的奇妙，甚至比我们想象不到的更奇妙。”距离地球260光年的地方有一颗类似伊卡洛斯的“热土星”，围绕着自己的恒星飞速旋转，其一年不到3天，而另一颗远在150光年之外的“热木星”，却被烤得焦头烂额，其高层大气向外喷发，形成一个庞大状如彗星的尾巴。还有三颗暗无天日的行星一直在围绕一颗脉冲星旋转 --- 这颗往日耀眼的巨星如今的大小如同一座城市，绕着原子核高速旋转 --- 与此同时，无数身世不明的世界不是被太阳吞噬，就是被自己的系统所抛弃，成为游荡在永恒黑暗中的 “无家可归者”。</P>
<P><a href="http://www.yeeyan.com/articles/tag/科学" target="_blank" ><EM>科学</EM></A>家们渴望在这些宇宙怪物之中寻找熟悉的蛛丝马迹：与地球相似的行星，距离自己的恒星既不太热也不太冷，恰到好处，以便维持我们所知的生命。然而这样的行星还没有被找到，大概是因为它们太不显眼了。希望在耀眼的星光中发现一颗渺小暗淡如地球的行星，就像在烟花齐放的时刻找到一只萤火虫；同样探测其对恒星产生的引力作用，就像在呼啸的旋风中聆听蟋蟀鸣叫。令人幸喜的是，<a href="http://www.yeeyan.com/articles/tag/天文" target="_blank" ><EM>天文</EM></A>学家借助新技术正在迅速接近这一天：发现新的地球，找到生命迹象。</P>
<P>太阳系以外已经被拍摄到的行星有11颗，它们个大、明亮，处在远离自己恒星的合适位置，其余大部分行星已经被光谱多普勒技术侦测到，通过星光分析得到的证据显示，恒星正受到其行星引力的轻微推拉。近年来，天文学家对多普勒技术进行了改进，现在他们可以侦测到恒星每秒一米的位置变化，这相当于人步行的速度。这种技术足以探测到运行在大轨道上的巨型行星，或者距离恒星非常近的小行星，但是，如果有一颗类似我们地球的行星距离其恒星93万英里，则无法探测到。地球围绕太阳旋转的速度大约是人步行的十分之一，或者相当于在地上爬行的婴儿；当如此微弱的光信号从一颗遥的远恒星传来时，天文学家是无法捕获的。</P>
<P>另一种方法是观察恒星亮光中出现的周期性微弱的明亮变化，假如有行星在绕着它旋转并且阻挡其部分光亮的话。在所有行星系统中，充其量只有十分之一可能被定位，其出现的被称之为“过境”的小日食可以在地球上观察到，这意味着<a href="http://www.yeeyan.com/articles/tag/天文" target="_blank" ><EM>天文</EM></A>学家可能需要耐心等待捕捉它们为数不多的“过境”机会。现在正在第三也是最后一个年头执行其主要任务的法国柯罗卫星（COROT），已发现7颗“过境”行星，其中一颗比地球大70%。</P>
<P>继任的美国开普勒卫星（Kepler）是比柯罗更加雄心勃勃。它于去年3月从卡纳维拉尔角发射升空，身上装着上一台0.95米口径的大型数码相机和一台95兆像素的探测器。它每30分钟拍摄一次视野宽阔的照片，在一幅照片上可以捕捉到从天津四(天鹅座第一亮星)和织女星之间10万多颗恒星的亮光。与此同时，位于地面的计算机时时刻刻监测着所有这些恒星的亮度，一旦探测到“过境”行星出现的亮度变化信号，计算机会立刻提醒人类。</P>
<P>由于这种明暗变化可能被其他现象所仿冒，如某颗变化恒星的脉动，或某颗恒星表面大型太阳黑子的移动，因此开普勒的<a href="http://www.yeeyan.com/articles/tag/科学" target="_blank" ><EM>科学</EM></A>家一般不会宣布某颗行星的存在，除非它的“过境”行动被观察到至少3次。这种等待少则数天或数周（当行星迅速接近恒星时），长则数年(平面上旋转一周)。天文学家希望通过结合开普勒卫星数据和多普勒观测结果，来确定“过境”行星的直径和质量。如果他们能成功地找到一个岩石行星，规模大约与地球相同，而且在可居住区域的轨道运行 --- 与恒星的位置没有近到上面的水被烤干，也没有远到水被完全冻结成冰 --- 他们就找到了生物学家所认为的存在生命的希望之地。</P>
<P>比太阳小的矮星也许是最佳的搜寻之地。这些星体数目众多（与地球靠得最近的十个恒星有7个是M矮星），它们存在时间长、状态稳定，能为可能存在生命的行星提供稳定的阳光。对于搜寻行星的科学家来说，最重要的是，恒星的光线越暗淡，离其可居住地区就越近 --- 暗淡的矮星就像小小的篝火，露营者必须坐在一起才感到舒服 --- 因此，观察“过境”现象的科学家们很快就会如愿以偿了。由于靠近中心的行星对恒星施加的引力更大，这就使得它的存在更容易被多普勒方法来确认。事实上，目前找到最有前途的行星 --- “超级地球”Gliese 581 d 是地球规模的7倍 --- 运行在某颗红矮星的可居住轨道，这颗红矮星的质量是我们太阳的三分之一。</P></DIV>

<P>如果能在其他恒星系的可居住区域找到类似地球的行星，那么一架设计出专用于寻找<a href="http://www.yeeyan.com/articles/tag/生命" target="_blank" ><EM>生命</EM></A>迹象的太空望远镜就可以大显身手了，也许有一天它能采集到来自每个行星的光谱，找到可能的生物学特征，如大气中的甲烷、臭氧和氧气，或者找到含叶绿素促进光合作用的植物反射红光时产生的“红边”。不过直接探测和分析该行星自身的光线可能难度太大，因为其亮度可能只有恒星的一百亿分之一。但是，当行星“过境”时，它们穿过大气层的闪烁星光会泄露其成份的蛛丝马迹，很可能被太空望远镜捕捉到。</P>
<P><a href="http://www.yeeyan.com/articles/tag/科学" target="_blank" ><EM>科学</EM></A>家在试图对不见庐山真面目的行星进行化学分析时所面临的技术挑战是无与伦比的，因此他们在寻找外星生命时还得牢记，这种生命可能与我们这里的迥然不同。此外，“红边”的缺乏可能并不意味着地球之外的行星一点生命都没有：地球上的生命蕴育了数百万年才出现陆地植物，然后各个大洲才枝繁叶茂、绿树成荫。生物固有的进化过程是如此地不可预测，即使在某个行星上最初萌发的生命与地球上的处在同一时间、属于同一种类，而时至今日，两地的生命形式会有天壤之别几乎是确定无疑的。</P>
<P>正如生物学家雅克·莫诺曾经指出的那样，<a href="http://www.yeeyan.com/articles/tag/生命" target="_blank" ><EM>生命</EM></A>的演化不仅是必然 --- 这是普遍的自然法则 --- 而且也是偶然，是无数意外的不可预测的干预结果。在我们这个星球的历史上，偶然的机会多次出现，甚至戏剧性地导致数百万个物种大规模灭绝，不过在这个过程中，也为新生命的进化创造了空间。这些凶险的意外有些是彗星引起，有些是小行星撞击地球造成 --- 最近的一次撞击发生在6.5百万年前，导致恐龙灭绝，但为人类远古祖先的诞生提供了机会。因此，科学家寻找的不仅是与现代地球相似的行星，而且要寻找与曾经的或者也许存在过的地球有相似这处的行星。“在寻找其他生命迹象的过程中，现代地球可能是我们可以使用的最糟糕的样板，“哥伦比亚大学天体生物学中心主任凯莱布·沙尔夫指出。</P>
<P>早期的探险家无法深入海洋深处，无法绘制月球遥远那边的地图，也无法识别木星的卫星冰封表面底下的海洋，更无法发现其他太阳系行星上的<a href="http://www.yeeyan.com/articles/tag/生命" target="_blank" ><EM>生命</EM></A>。但是现在我们有理由相信，数百万颗这样的行星必定存在生命，而且相信他们不仅掌握了与人类一样广泛的知识，而且具有与人类一样丰富的想象力。</P>
<P>千百年来，我们人类对宇宙知之甚少，以致我们容易陶醉于自己的想象力，却对现实视而不见。（正如西班牙哲学家乌纳穆诺所说，古老的神秘主义宗教幻想产生于“人类无穷的欲望与极其渺小的现实之无法融合。”）现在随着科学的进步，已经有越来越明显的迹象显示，大自然的创造力远远超出我们自己，尽管我们还不太愿意承认。现在，帷幕正在拉开，新的世界将有无数的动人故事要给我们讲述。</P>
<P><IMG src="http://ngm.nationalgeographic.com/2009/12/new-earths/img/02-dust-ring-714.jpg"></P>
<P 0cm 0cm 0pt">250亿英里之外，被飞扬的尘土遮蔽真实面目的Fomalhaut b。这张照片被哈勃太空望远镜拍到，也是在我们太阳系之外被直接拍摄到的行星照片之一。中心部分的恒星耀光被行星遮挡。</P>
<P 0cm 0cm 0pt"><IMG src="http://ngm.nationalgeographic.com/2009/12/new-earths/img/04-kepler-launch-714.jpg"></P>
<P 0cm 0cm 0pt">去年3月美国宇航局在南佛罗里达州的卡纳维拉尔角发射了开普勒飞船，吸引了大批人群观看。开普勒望远镜的任务是密切关注10多万颗地球大小行星的各种迹象。</P>

<P 0cm 0cm 0pt"><IMG src="http://ngm.nationalgeographic.com/2008/11/space-special/img3/01-astronomer-telescope-475.jpg"></P>
<P>这是业余<a href="http://www.yeeyan.com/articles/tag/天文" target="_blank" ><EM>天文</EM></A>学家在新墨西哥州拍摄的地球旋转的照片。为了观察遥远的世界，寻找生命的初创期，各种新颖的太空和地面观测仪器一起上阵，通过电磁波谱搜索宇宙中各种大小的天体。</P>
<P><STRONG><IMG src="http://ngm.nationalgeographic.com/2008/11/space-special/img3/04-venus-sun-475.jpg"></STRONG></P>
<P><a href="http://www.yeeyan.com/articles/tag/天文" target="_blank" ><EM>天文</EM></A>学家知道闪烁的光芒中可能有绕轨道运行的行星。当某颗行星，例如金星，从太阳表面穿越时，这颗恒星的表明会出现暗点，尽管这种变化是那么微弱。由于2009年开普勒太空望远镜的发射，现在可以同时监测近20万颗恒星表面的光影变化。未来的任务将围绕于可居住区发现的行星，分析其大气化学成份，侦测水和氧气的存在。那个最大的疑问很可能这样回答：我们并不孤单。</P>
<P><IMG src="http://ngm.nationalgeographic.com/2008/11/space-special/img3/05-orbiting-planet-475.jpg"></P>
<P>这是某颗恒星身边看到一颗行星，距离我们500光年，但要确定它是否绕着该恒星运转，也许还要等上两年。这颗潜在的巨大行星是木星质量的8倍，它与自己恒星的距离大约是海王星与太阳之间距离的11倍。</P>
<P><IMG src="http://ngm.nationalgeographic.com/2008/11/space-special/img3/06-art-concept-planet-475.jpg"></P>
<P>大多数新发现的太阳系外巨行星距离自己的恒星较近。这是一幅从它的月球所见的艺术构想图，一颗被光环围绕的巨大行星，距离其恒星较近。这颗月球表面的冰已经融化，形成的海洋深度可能达数百英里，极有可能成为<a href="http://www.yeeyan.com/articles/tag/生命" target="_blank" ><EM>生命</EM></A>的栖息地。</P>
<P><IMG src="http://ngm.nationalgeographic.com/2008/11/space-special/img3/16-sombero-galaxy-714.jpg"></P>
<P>由哈勃太空望远镜拍摄到的壮观的阔边帽（Sombrero）星系，距离地球是2800万光年。其尘埃的宽边横跨50000光年。其中心黑洞的质量相当于10亿个太阳。</P>