外星地球，你在何方

美國宇航局網站今年4月18日宣布，借助開普勒空間望遠鏡，科學家首次發現了一顆地球大小，且位于母恒星宜居帶中的行星——開普勒-186f。母恒星開普勒-186位于天鵝座，距地球約500光年，這是一顆紅矮星，質量約為太陽之半。

也許是地球人自覺太過孤單，渴望找到外星伙伴。要想科學地尋覓外星人，而不是寄托于虛無的科幻大片，必須先找到能使外星智慧生物得以誕生、進化和繁衍的棲居地——外星地球。

近期的一項重要發現

今年4月18日，美國宇航局網站宣布發現了一顆地球大小，且位于母恒星宜居帶中的行星——開普勒-186f。母恒星開普勒-186位于天鵝座，距地球約500光年，這是一顆紅矮星，質量約為太陽之半。開普勒-186f 繞母恒星的公轉周期為130地球日，位于母恒星宜居帶范圍的外側邊緣，接收到的熱量約是地球從太陽接收到的相應值之1/3。在開普勒-186f正午時分，天空中“太陽”的亮度僅約相當于地球上日落時分的感受。開普勒-186 是一個多行星系統，另外4顆行星的公轉周期分別為4、7、13和22天，大小都在地球的1.5倍以下。由于這幾顆行星過于靠近母恒星，地表溫度太高，生命無法在煉獄式的環境下存活。

開普勒-186f 的發現引發公眾的廣為關注和媒體的爭相報道，甚至被稱為地球的“堂兄弟”，這無疑與“外星人”話題有關。多少年來，地球人一直期望能找到自己的外星同類，科學家們為之付出了極大的辛勞。在沒有確認發現外星人之前，人們的想象力有很大的翱翔空間，而引人入勝的科幻小說和科幻電影便應運而生。然而，宇宙中到底有沒有外星人？這是一個嚴肅而又需深入探究的科學問題，首先要找到外星地球。

那么，開普勒-186f稱得上是一顆“外星地球”嗎？這可是一個挺復雜的問題，我們也許先得從行星的一些基本屬性談起。

行星和恒星是兩類性質完全不同的天體。恒星能自行發光、發熱，質量大多在0.1?10倍太陽質量之間，它們的半徑、光度和表面溫度相差很大。

行星質量比恒星小得多，它們只能靠反射恒星星光而發光。在太陽系內，行星可分為類地行星（水星、金星、地球、火星）和類木行星（木星、土星、天王星、海王星）兩大類：前者質量和體積較小，密度較大，有固體外殼，屬巖質行星，距太陽比較近；后者質量和體積較大，密度較小，無固體外殼，為氣態行星，離太陽較遠。除太陽系外，其他恒星的周圍也可能有行星，它們統稱為外星行星。

外星地球需滿足的條件

要能生成達到現代地球人水平的外星高等生命，需滿足以下一系列不可或缺的條件：

1. 生命不可能出現在表面溫度高達幾千攝氏度（甚至更高）的恒星上，但生命的存在又離不開汲取外界提供的能量（光和熱）。可見，生命只能出現在恒星周圍的行星上。而且，行星必須是類似地球那樣的巖質行星，不能是木星般的氣態行星。另外，脫離恒星、處于“游蕩”態的行星也是不行的。

2. 行星及其母恒星必需長期保持穩定。地球從形成起，到進化出高級智慧生物至少需40億年時間；其中誕生現代地球人，特別是具備高科技能力的階段，只占這一過程中最后非常短暫的一段時間。因此，行星及其母恒星必須在40億?50億年時間內保持穩定態。

3. 行星必須位于母恒星的所謂“宜居帶”（又稱“生態圈”）之內——既不能靠恒星太近，又不能離恒星太遠，以保證行星上有適宜的溫度使生命得以誕生和繁衍。這個問題涉及多方面因素，宜居帶的范圍很窄，且隨恒星而異。宜居帶只是根據母恒星的大小和溫度，從理論上推算出的一個到母恒星的距離范圍，位于這個范圍內的行星可能具有適合生物生長、繁衍的溫度。決定行星表面溫度的另一個重要因素是行星大氣成分。如金星大氣中CO2占97%以上，溫室效應使表面溫度高達400多攝氏度，任何生物都無法生存。可見，宜居帶內未必“宜居”。

4. 安全的星際環境。銀河系也有宜居帶，在恒星密集區，超新星爆發相對頻繁，而爆發所產生的高強度伽瑪射線會殺死大范圍內已有一切可能存在的生命形態。地球人是幸運的，地球所處的星際環境在過去幾十億年時間內顯然是安全的。

5. 行星上應該有構成有機生命體所必需的各類化學元素，如碳、氮、氧、氫、硫、磷等。很難想象在一顆由純鐵構成的行星上，能發展出任何形態的有機生物，哪怕是細菌之類的微生物。

6. 行星周圍要能長期保持有一定厚度、密度和成分的大氣層，而這并不僅限于滿足生物的呼吸需要。例如，地球大氣的臭氧層可有效阻止太陽風（太陽發出的高能粒子）對地面生物的殺傷作用。

7. 行星表面應該長期保持有足夠多的液態水，因為一切生物的生存離不開液態水——水以固態或氣態形式存在無法使生物得以生成和進化。另一方面，液態水如只是存在于地面下深處，恐怕也難以生成高等生物。

8. 行星周圍要有合適強度的磁場存在，以能有效阻止高能宇宙線對有機分子的破壞作用。例如，火星的磁場強度約為0.6×10-3高斯，只及地球場強的千分之一，不足以構成生命屏障。

也許還有其他條件。如有人認為木星對地球生物的繁衍殊為重要：由于木星的存在，使地球在演化早期不致遭受太陽系小天體（小行星和彗星）的頻繁轟擊而生靈涂炭。

以上關于諸項條件的討論，都以能生成地球上的生物形態為出發點。地球上的生命形態具有普適性嗎？對此人們一無所知。我們只有地球生物（包括地球人）唯一的一種樣本，也只能在這樣的基礎上來進行討論。

就目前所知，開普勒-186f也許只能滿足以上前四項條件，它是一顆位于母恒星開普勒-186宜居帶內的巖質外星行星，但尚無法確知它能滿足其他諸項條件而稱得上是我們心目中的外星地球。

尋找外星行星的方法

行星亮度極為微弱，通常只及母恒星亮度的幾十億分之一，直接觀測到恒星周圍的行星相當困難。1980年代起天文學家開始通過一些間接方法來探測行星，并取得很大成功。在這些方法中，主要是視向速度法和行星凌星法。

（1）視向速度法。如恒星周圍有一顆不可見行星，因行星的引力作用，恒星會周期性地接近和遠離地球，它的視向速度（空間運動速度在觀測者視線方向上的分量）觀測中便呈現出多普勒效應：觀測到的視向速度會時而增大，時而減小，變化周期就是行星繞母恒星的公轉周期。要是有不止一顆行星，視向速度變化就比較復雜，但仍有規律可循，并能從中推算出每顆行星的具體特征，如質量、公轉周期等。

（2）行星凌星法。公轉軌道面與視線方向很接近的外星行星，有可能從母恒星前方通過，猶如太陽系中的金星凌日，稱為行星凌星。凌星期間恒星亮度會呈現周期性減弱，由此可探知恒星周圍有行星存在。但星光減弱得很少：木星大小的行星會使恒星亮度減小約 1%，地球大小的行星僅為 0.01%，可見凌星法的成功實施須有很高的測光精度。

1992年，美國天文學家在一顆脈沖星的周圍發現了3顆外星行星。1995年，瑞士科學家在45光年遠的恒星飛馬51周圍發現了普通恒星周圍的第一顆外星行星，取名飛馬51b。

隨著觀測技術的進步，科學家發現了越來越多的外星行星，到2013年1月7日已達2740顆，這一數字還在不斷增加。有些恒星的周圍已發現有2顆甚至多顆行星。不過，現已找到的行星大多數都是比較容易發現的、質量較大的類木行星，且距母恒星比較近。

美國宇航局在2009年3月7日發射了“開普勒空間望遠鏡”，專門用于發現外星類地行星。望遠鏡口徑0.95米，采用行星凌星法，計劃對超過 15 萬顆恒星周圍進行搜尋。2013年5月15日，“開普勒”因設備故障被迫結束行星搜索工作。到2014年4月，“開普勒”及其后續觀測已確認962 顆外星行星，以及 2903個尚需確認的行星候選體。

截至2014年3月，在已發現的外星行星中，質量最小的只及月球質量的2倍，質量最大的約達到木星質量的29倍。一些行星很靠近其母恒星，公轉一周僅需幾小時；另一些則遠離母恒星，公轉周期長達幾千年。五花八門的外星行星之客觀存在，其各方面性質與太陽系行星大相徑庭，從而對現有太陽系形成理論提出了嚴峻的挑戰。

在確認位于母恒星宜居帶內的外星類地行星后，下一步將是設法鑒別行星上是否可能存在生命。一種可行的途徑是分析行星的大氣成分，比如是否含有氧、氮、甲烷、臭氧等，并與地球在46億年演化過程中不同時期的大氣組成進行比較，從而為外星行星上能否存在生命，以及生命進化可能所處的階段提供一些重要線索。

近期不時有報道稱，哈勃望遠鏡等空間探測器在一些外星行星上發現了水、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等大氣譜線，也發現了“疑似”位于母恒星宜居帶內的外星類地行星，從而令科學家們欣喜不已。

展望

“開普勒”計劃之后，努力探尋外星類地行星的工作仍將繼續。如歐洲空間局曾提出一項“達爾文”計劃——發射8艘飛船，6艘各帶一個1.5米口徑反光鏡，排成100米直徑的列陣作編隊式飛行，同時觀測同一目標天體。第7艘把所獲得的訊號綜合成單個像，第8艘負責把圖像傳回地球。該設備的分辨率相當于一架100米口徑望遠鏡，觀測在紅外波段上進行，以期對可能存在的外星行星進行直接成像，并從中發現更多的宜居外星行星，甚至找到外星地球。

顯然，找到宜居行星——即使距地球只有幾十光年，看來并無“實用”價值，地球人不會、也不可能向此類行星移民。然而，對自然界的好奇心和探究其中之奧秘乃是人類的天性，其中包括生命起源這一重大問題。地球是人類的搖籃，但地球人的目光決不會僅限于地球。不過要記住，發現宜居外星行星，與發現外星人是兩碼事（但并非風馬牛不相及），切不可混淆！前一項目標的實現相對較容易，且已初露端倪（如開普勒-186f），相信不久便可取得明確的結論。后一項目標的實現可要難得多。但不管怎么說，人類正朝著自己的既定目標——探索位于母恒星宜居帶內的外星地球、外星生命以至外星人，一步一步堅定地向前邁進。只要持之以恒，未來必會對此做出重大發現。