發現“另一個地球”

余風

北京時間2015年7月23日晚，美國國家航空航天局（NASA）發布消息稱，天文學家通過開普勒望遠鏡，發現了一顆與地球相似度高達98%的類地行星開普勒-452b，這一發現，是“人類尋找另一個地球的道路上里程碑式的發現”。

隨后，這顆名為開普勒-452b的行星迅速紅遍全球并持續引發熱議——“發現地球2 . 0”“地球脫‘單’了”“移民開普勒-452b”……一時之間，整個“地球村”的人似乎都沉浸在找到“同類”的興奮中。

人類對太空的向往，幾乎是一種亙古的情懷——在中國的上古神話中，嫦娥就因為服用了不死之藥而飛到遙遠的廣寒宮，成為了月中仙子。

然而，此后瓊樓玉宇，高處不勝寒，不老的美麗帶給她的，是永恒的孤獨。

與嫦娥一樣，當人類將科技的觸角延伸到宇宙時，當我們環顧茫茫太空卻找不到同伴時，那種仿佛與生俱來的孤獨讓我們難以承受。正因為這樣，我們才會對開普勒-452b燃起如此高昂的熱情。

那么，開普勒-452b到底是顆什么樣的星球？為什么NASA稱它是一個“里程碑式的發現”？

對于這顆新發現的行星，NASA開普勒計劃負責人喬恩·詹金斯是這樣描述的：“我們可以把開普勒-452b看作地球的‘大表哥’，去理解和思考地球的演變環境。”

和地球相比，這個“大表哥”是個不折不扣的“老胖子”——它的直徑是地球的1.6倍，年齡已經有60億歲了，比地球老14億歲。

這個“大表哥”居住在天鵝座，距離地球1400光年，也就是說，即使是光，都要走1400年才能到達這顆新發現的行星。

1400光年到底有多遠呢？打個形象的比方，我們現在觀測到的開普勒-452b的信號，相當于唐代建朝之初發射出的一束光，現在才剛剛抵達地球。

如果我們乘坐目前速度最快的“新視野號”探測器，以5.9萬公里/小時的速度飛行，也要花2709萬年才能抵達開普勒-452b——而人類在地球上的全部歷史也不過短短數百萬年。

那么，光年之遠，人類是怎樣探測出開普勒-452b這個“大表哥”的身材和年齡的呢？

目前，科學家們在探測系外行星時，主要采用凌星法。其探測原理是，當系外行星從我們的探測器前方經過時，由于行星會遮擋住部分恒星發出的光，這將造成恒星的亮度發生輕微減弱，因此，通過對這種輕微光變的探測，便可推知系外行星的存在。但凌星法也有一個缺陷：它只能測定系外行星的直徑大小，而無法判定其質量。

在開普勒-452b的發現之旅上，還有一個“功臣”不應被遺忘——那就是開普勒太空望遠鏡。

開普勒太空望遠鏡是世界上第一個探測系外行星的航天器，由NASA下屬的噴氣推進實驗室研制，它攜帶的最主要的科學儀器是光度計，并配備了一個直徑95厘米的透鏡。

自2009年3月7日發射升空后，開普勒望遠鏡對天鵝座和天琴座中約10萬個恒星系統開展了觀測，目的是搜尋太陽系外的行星，特別是搜尋與地球相似、由巖石構成、位于恒星宜居帶上的行星，以研究銀河系內行星系統的多樣性。

所謂的宜居帶，是指一顆恒星周圍一定距離的范圍。在這一范圍內，水能以液態形式存在。由于液態水被科學家們認為是生命生存所不可缺少的元素，因此，一顆行星如果恰好落在這一范圍內，那么它通常就被認為可能是宜居的。

實際上，在系外行星的探測之旅上，開普勒-452b既不是開普勒太空望遠鏡發現的“首顆適合居住的類地行星”，也不是唯一一顆宜居行星，更不是最像地球的宜居行星。

早在2011年的12月，開普勒望遠鏡就發現了“首顆適宜人類居住的類地行星”——開普勒-22b。此后，僅開普勒望遠鏡確認發現的太陽系外行星就有1030顆，候選行星則多達4696顆，其中，有12顆行星位于宜居帶且大小與地球類似，直徑介于地球直徑的1～2倍之間。

你可能會驚訝于地球的“兄弟”居然有12個之多，但科學家會告訴你——錯了，宇宙中類似地球的宜居行星，可遠遠不止這12顆。

NASA負責開普勒望遠鏡項目的任務科學家、天體物理學家巴塔利亞介紹說：“對類地行星的估計結果表明，15%～25%的恒星擁有潛在的、處在宜居帶的行星。這一估計結果，主要基于對圍繞溫度較低的恒星運轉的行星所做出的發現。這些新發現顯示，類太陽恒星的統計數字大致與紅矮星估計數字一致。紅矮星、橙矮星和黃矮星占銀河系恒星的90%左右。按保守估計，這些恒星中的15%擁有一顆處在宜居帶、大小是地球1至1.6倍的行星，那么用宇宙中的星系總數1000億乘90%、再乘15%，也就是有140億顆潛在的宜居行星。”

而與地球類似的行星，必須是圍繞像太陽這樣的黃矮星運行的，這樣，才能保證其星球環境適宜人類居住。那么，這個數量又是多少呢？以太陽系周邊33光年范圍內的各類恒星構成為例：太陽系周邊總共有357顆恒星，其中248顆是紅矮星，44顆是橙矮星，20顆是黃矮星。這意味著，在上述的140億顆行星中，大約有10億顆行星圍繞類似太陽的黃矮星運轉。

也就是說，在宇宙中，可能有10億個和地球大小相近、處在宜居帶、表面可能存在液態水、圍繞散發金色光芒的恒星運轉的行星“兄弟”。

在這龐大的“兄弟”群中，開普勒-452b并非長得最像地球的一個。比如，2014年3月發現的開普勒-186f，其半徑只有地球的1.1倍，同樣也處于宜居帶內，比開普勒-452b更接近地球的大小，只是其所環繞的恒星，沒有太陽大，且光芒黯淡。

因此，我們不能說開普勒-452b與地球最為相似，它的特殊之處在于——開普勒-452b及其母星開普勒-452，是迄今發現的與地球和太陽最相近的“行星與恒星組合”，我們姑且可以將它形象地稱為“太陽系2.0”系統。

這個“太陽系2.0”系統，由恒星開普勒-452和行星開普勒-452b組成，剛好處于宜居帶中，表面溫度允許液態水存在。

在星際距離上，開普勒-452b與其母星開普勒-452的距離是1.57億公里，和地球與太陽的距離類似；開普勒-452b圍繞母星開普勒-452運行的公轉周期為385天，接近地球的公轉周期——這意味著，如果人類未來真的能移民開普勒-452b，那么，這顆星球上一年的時間也是300多天，我們將比較容易適應這種時間的輪替。

此外，新發現的開普勒-452及開普勒-452b系統的年齡約為60億歲，與太陽系的年齡極為相似。

通常而言，太陽以及與太陽質量相當的恒星，一生中大致要經歷原恒星-主序星-紅巨星-白矮星-黑矮星等階段。以太陽為例，經過近46億年的“成長”，它現在已經發展到了主序星階段的中年期，正值“壯年”。在這一階段，它核心內部不斷發生著恒星核合成反應，將氫聚變成氦。

在這一聚變的過程中，每秒有超過400萬噸的物質被轉化為能量，生成中微子和太陽輻射。目前，這一能量的釋放過程較為穩定，這給人類的生存創造了條件。而如果能量的釋放不穩定的話，恒星所爆發出的超級帶電粒子風暴就會給人類帶來滅頂之災。

與太陽系類似，開普勒-452及開普勒-452b系統同樣正值“壯年”，這使智慧生命的出現成為可能；此外，雖然目前還無法準確測量出開普勒-452b的質量，但根據理論模型推測，它可能是一顆巖石行星，質量可能是地球的5倍，也許存在空氣和水，因此極有可能已經發展出了智慧生命。

未來，NASA將通過光譜分析法，推算出開普勒-452b的質量和密度，確定它是否是巖質行星。然后，通過光譜分析對它的大氣成分進行研究，尋找開普勒-452b上是否有生命存在的信號（比如，在地球的光譜中，各種指示生命存在的信號——如氧氣、液態水等信息，都有對應的峰出現）。

此外，對開普勒-452b的最新研究顯示，它很有可能就是地球未來“老”了以后的樣子——在開普勒-452形成后的最初50億年內，開普勒-452b接收到的光照強度比地球弱，但現在它接收到的光照強度已經超過了地球。據此，科學家認為，隨著太陽和地球年齡的增長，地球上接收到的光照強度極有可能也會像開普勒-452b一樣逐漸增強，屆時，它也許將變得更加炙熱，將不再適宜人類居住。

實際上，對開普勒-452b以及其他類地行星的進一步探測和研究，不僅將幫助我們更好地預測地球的未來，尋找可能存在的“星際同伴”，并回答人類未來是否可以移民外星球等現實命運問題，而且也將有助于解答宇宙以及生命從哪兒來、將走向何方等長久困擾人類的問題。

不過，鑒于開普勒望遠鏡2009年才升空，數據累計只有短短幾年，觀測半徑也只有數千光年，對于銀河系10萬光年的直徑以及更加遼闊的宇宙而言，它仍然“看”得不夠遠、不夠清晰。因此，在更深更遠的宇宙里，必定還有更多更加驚人的謎題，在等待著我們去探索、去發現。答案究竟何時才能揭曉，讓我們拭目以待！（責任編輯/和恩馨）

如果外星真有高等智慧生命存在，他們怎樣才能在茫茫宇宙中發現地球？對此，科學家們進行了大膽的猜想和探索。

觀測反光。2009年，美國國家航空航天局曾利用“深度沖擊”太空探測器，以地外生命視角從遙遠距離觀測地球。研究人員發布的一份研究報告顯示，利用鏡面反射原理，其他行星上的“天文學家”可以借助地球洋面對光的反射，發現我們這顆藍色“水球”。

美國航天局艾姆斯研究中心研究員泰勒·魯賓遜稱，研究人員重新分析月球火山觀測感應衛星5年前收集的數據，發現從月球表面觀測“月牙”狀態下的地球時，可以觀測到地球洋面反射的光線——此時，地球亮度是平時的兩倍。研究人員把這種現象命名為“地球閃爍”。

其實，長期以來，研究人員一直在探索能否觀測到其他行星的“閃爍”。而這項新研究啟示我們，要觀測“閃爍”，關鍵在于選擇適當波長的光。這也為今后研制天文觀測望遠鏡提供了新思路。

探測臭氧。臭氧也是生命存在的重要標志之一，由于臭氧在紫外線中容易被觀測，所以也可以作為一種“生物指示器”。因此，科學家提出，今后研制的望遠鏡可以（側重）觀測紫外線。

地球的臭氧層能夠吸收太陽輻射中的大部分有害紫外線，使地球生物免遭傷害，如同地球保護傘。因此，來自其他星球的“天文學家”如果能探測到大氣層中的臭氧，就能找到我們這顆宜居行星。（來源：本刊資料室）