地外生命和外星人探測

十九、如何尋找太陽系外行星

向何方尋找太陽系外行星

宇宙之廣，恒星無數，向何方尋找才能更有效地找尋到太陽系外行星呢？

要弄清這個問題，我們應首先弄清行星是如何形成的。

大爆炸后由氫和氦氣體收縮形成的恒星，在演變中不斷產生各種重元素，在它們死亡時，將各種重元素以及氫、氦氣體拋撒到空間，形成星際氣體和塵埃云團。

星際氣體和塵埃云團在某些因素作用下旋轉和收縮。收縮使旋轉加快，離心力增大。在云團赤道區離心力最大，它對云團向內收縮起阻礙作用，收縮率比其它區域小。結果，使收縮云團逐漸變成一個旋轉的扁平圓盤。

由于云團中各種元素的質量不同，慣性大小不同，質量大、慣性大的重元素集中在圓盤的邊緣；圓盤中心主要是氫和氦，它們最后收縮成新的恒星。而以重元素為主的圓盤邊緣的物質，則最后分裂、凝結和收縮成一批行星，它們在原先扁平圓盤所在的平面內繞恒星公轉。雖然恒星集中了云團的絕大部分質量，但卻沒有角動量。云團旋轉的角動量都分配到占總質量極小部分的行星上。

上述行星形成理論，雖其細節還沒有完全說清楚，但從計算機模擬和太陽系的實際情況看是成立的。迄今已探測到的太陽系外行星，也大致能為這個理論作證。證據還有年輕恒星周圍的物質圓盤。如1993年12月，哈勃空間望遠鏡對獵戶星座中110個年輕恒星進行觀測，發現其中56個周圍有物質圓盤；1998年在半人馬座HR4796星周圍發現物質圓盤；2003年5月，美國天文學家又在7個年輕恒星周圍發現物質圓盤等等。

那么，上述行星形成理論，對向何方尋找太陽系外行星有什么啟示呢？

首先，在宇宙大爆炸后由氫和氦形成的第一代恒星周圍不可能有行星，至少不可能有重元素組成的地球型行星。即使有由氫氦為主的氣體行星，與我們尋找行星的目的—尋找外星人的關系不大。因此，100多億年的老年恒星不是我們尋找行星的方向。

其次，雙星、多星周圍不大可能有行星。因為云團中的物質在形成雙星、多星時已被瓜分殆盡了，即使剩下一些物質也只能形成一些很小的行星。因此，雙星、多星不是我們尋找行星的主要方向。

還有，恒星密集的星團中的恒星不大可能有行星。原因之一是形成恒星時剩下的物質不多，即使有行星形成，環境也很惡劣；原因之二是星團中的恒星一般都是老年恒星。

除此之外，巨大的恒星和很小的恒星周圍即使有行星，其條件也不適合生命的發展。

綜上所述，以尋找外星人為目的，應該向與太陽類的、較年輕的、不大不小的單星周圍去尋找。而地球型行星則應在距恒星0.8～1.9天文單位的軌道上去尋找。

如何判斷太陽系外行星有生命

迄今探測到的太陽系外行星，都是質量巨大的氣體星，即木星型行星。它們有的距恒星很近，溫度很高，是所謂熱木星；有的距恒星很遠，溫度太低是所謂冰木星。它們都不適合生命發展。

將來找到離恒星0.8～1.9天文單位的地球般大小的行星，又將如何判斷其上是否有生命呢？科學家認為，可以借鑒地球和地球生命的種種標志來進行判斷。

首先，探測行星大氣。在本系列文章的第二篇，我們說到1990年“伽利略”號木星探測器在途經地球時，發現地球上的綠色植物在進行光合作用時，放出有強烈腐蝕作用的氧氣。還說到2003年7月，歐空局發射的“火星快車”號探測器，在飛往火星的途中，從800萬千米外用歐美加光譜儀回眸地球，看到地球大氣透出淡藍色的光輝。那是氧、二氧化碳、水蒸汽和氮等的綜合顏色。我們知道，地球大氣中除氮、氧、二氧化碳、臭氧、水蒸汽和氬、氖外，有時還有少量一氧化碳、一氧化二氮、甲烷等氣體出現，它們都是地球上生命的標志。

氧、氮、碳等元素是構成生命的主要元素；臭氧、一氧化二氮是生物大量排放的氣體。

氧是非常活躍的元素，總力圖與其它元素結合，生成臭氧、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等，并因此而留下氬、氖等惰性氣體；同時，只有地面上的生命活動不斷放出氧氣，才能在大氣中保有氧。氧是絕大多數動物生存發展的條件。

二氧化碳是植物用陽光合成養分的主要物質，有二氧化碳就有植物生長發育的條件。

當然，火山爆發和物質燃燒等天然活動也會產生甲烷、一氧化碳、二氧化碳等上述氣體，那么……

其次，探測行星表面的葉綠素。法國天體物理學家讓·施奈德和呂克·阿諾爾德發現，地球植物的葉綠素輻射一種特有的紅外線電磁波，它能將植被與荒漠區分開來。那就是用紅外線望遠鏡觀測時，葉綠素使植物閃閃發光，其亮度大約達用肉眼看到的70倍。這種紅外線特性使人們可以從很遠的地方看到它們。

還有，探測行星上的液態水。地球上的海水能產生一種特有的藍色反射信號。液態水是地球生命發展的基礎條件，是萬物之源。沒有長期存在的液態水，不可能孕育出生命來。發現液態水，哪怕是地表下或冰層下的液態水，就可能有生命在發展。如果能更細致的話，還可以探測熱水池、熱泥漿池、蒸汽出口和地下熱水出口。因為這些被視為地球生命的起源地。

如果我們探測到太陽系外行星有上述各種特征或特征之一者，就可以作出那里可能有生命的判斷。如果進一步發現那里有無線電和燈光的蹤跡，就可判斷那里有高級智慧生命，我們就可以用前面介紹的種種方法與他們聯系。

如果那里只有低級生命，我們又如何尋找他們呢？我們接下來討論。

思考：

① 如何判斷太陽系外行星有大氣和葉綠素等物質？

② 如何尋找太陽系外行星上的生命胚胎和種子？

（請看下期內容）