天外有天

沈葉華

從20世紀(jì)至今，科學(xué)家一直在太陽系里苦苦尋找，仍未發(fā)現(xiàn)第二個(gè)存在生命的星球（地球是唯一一個(gè)）。他們不禁將眼光放遠(yuǎn)至銀河系：銀河系直徑10萬光年，太陽系是其中的一個(gè)小點(diǎn)，難道那片遼闊的空間盡是不毛之地？

類似太陽的恒星在銀河系有1000億至4000億個(gè)，如果每一個(gè)都像太陽那樣帶有8個(gè)行星，那么銀河系里就有8000億至32000億個(gè)行星。這千億、萬億個(gè)行星中就不會(huì)有第二個(gè)擁有生命——哪怕只是滋生出最簡單的生命（如細(xì)菌）的星球？可惜直到21世紀(jì)，人類對(duì)太陽系外的行星仍知之不多。

人類哪能甘心永遠(yuǎn)對(duì)太陽系外的空間一無所知，誰能領(lǐng)銜到太陽系外去一探虛實(shí)？去尋找另一個(gè)“地球”？

2009-2013年，美國宇航局的開普勒太空望遠(yuǎn)鏡一馬當(dāng)先。它像一個(gè)小小的“人口普查員”，在太空的天鵝座與天琴座之間的一小片區(qū)域開展行星“普查”。果然！天外有天，行星在太陽系外多的是，其中有不少還真像地球。

開普勒太空望遠(yuǎn)鏡的外觀像一個(gè)粗大的圓筒，高4.7米，直徑2.7米，重1039千克。它的底部是一個(gè)航天器，頂部是一臺(tái)光度計(jì)。它以16-17世紀(jì)德國天文學(xué)家開普勒的名字命名，是為了紀(jì)念開普勒發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng)三定律的功績。行星運(yùn)動(dòng)三定律揭示了行星圍繞恒星運(yùn)動(dòng)的普適規(guī)律，成為人們認(rèn)識(shí)太陽系內(nèi)行星的入門知識(shí)，更成為此次尋找系外“地球”的一大攻略。

要在兩眼一抹黑的太陽系外尋找類似地球的行星，聰明的科學(xué)家想從熟悉的地球人手。我們的地球之所以成為太陽系內(nèi)唯一擁有生命的行星，全依賴其優(yōu)厚的自身?xiàng)l件及自然環(huán)境，簡單地說有以下兩點(diǎn)：第一，地球離太陽不太近也不太遠(yuǎn)。若離太陽近了，太陽輻射的熱量將把地球上的水蒸發(fā)完;若太遠(yuǎn)了，太陽的熱量照射不到，水全凝結(jié)成冰，這樣也難孕育出生命。第二，地球自身大小適中。若太小，不能保持其大氣;若太大，大氣過于濃厚沉重，這樣生命也沒法存在?，F(xiàn)在，開普勒太空望遠(yuǎn)鏡把地球作為樣板，在太空中按圖索驥，要找的行星必須符合這兩點(diǎn)：離恒星遠(yuǎn)近相宜，自身大小適中。

開普勒太空望遠(yuǎn)鏡能在太陽系外尋找行星，全靠光度計(jì)這個(gè)探測利器。怎么尋找？我們知道，行星圍著恒星轉(zhuǎn)，當(dāng)行星掠過恒星的前面時(shí)，就會(huì)遮擋住恒星的一小部分光，這就像一只蚊子飛過熒屏，總會(huì)擋住熒光一點(diǎn)點(diǎn)。反過來說，如果恒星某區(qū)域的強(qiáng)光減弱了一點(diǎn)點(diǎn)，不正是證明有行星經(jīng)過其前面？光度計(jì)測量恒星光度的減少，指示行星的存在及經(jīng)過的狀況。

以地球與太陽為例：從太陽系外看，地球遮擋的太陽光只為百萬分之八十四?？梢哉f，與碩大無比的恒星相比，行星渺小如塵，它所遮擋的恒星的光也就微乎其微了。為此，光度計(jì)必須非常敏銳，能測出這微乎其微的光度的減少（少至百萬分之二十）。這是什么難度？如果將恒星比作一盞光照強(qiáng)烈的車頭燈，行星是爬過其上的一只小蟲子，而我們須在160千米之外去觀測這只小蟲子。

因?yàn)楣舛扔?jì)的敏感度高，它能準(zhǔn)確地測出不同行星經(jīng)過時(shí)，具體遮擋了恒星多少的光。根據(jù)遮擋光的多少與行星的大小形成的比例，再從其他途徑獲得恒星的尺寸，科學(xué)家便能計(jì)算出行星的大小，從而判斷它們是否與地球的大小相近。

根據(jù)相同光度減少的重復(fù)出現(xiàn)，科學(xué)家得出行星繞恒星一周所需的時(shí)間（軌道周期），再根據(jù)偉大的天文學(xué)家開普勒先生的行星運(yùn)動(dòng)第三定律，科學(xué)家便能計(jì)算出行星與恒星之間的距離，從而判斷行星離恒星是否遠(yuǎn)近適中，能否得到適量的陽光，進(jìn)而判斷它是否像地球一樣有綠水青山，同時(shí)結(jié)合地球天文臺(tái)的觀測，科學(xué)家計(jì)算出行星的質(zhì)量、密度等重要物理量。研究者把這種方法稱作凌日法。

開普勒太空望遠(yuǎn)鏡于2009年3月發(fā)射升空，在接下來的4年里，它一直在探測事先規(guī)劃好的特定區(qū)域——天鵝座與天琴座之間的一小片區(qū)域，它的探測范圍長3000光年，那里有超過10萬個(gè)恒星。望遠(yuǎn)鏡利用凌日法搜尋可能圍繞它們運(yùn)行的行星及“地球”。

那么，開普勒太空望遠(yuǎn)鏡目不轉(zhuǎn)睛地“盯著”這10萬個(gè)恒星4年，到底有沒有“看到”圍繞它們的行星及“地球”？太陽系外的行星是一星難尋還是隨處可見？它們跟太陽系內(nèi)的行星有什么不一樣嗎？

開普勒太空望遠(yuǎn)鏡經(jīng)過多年的探測收集到了海量的數(shù)據(jù)，科學(xué)家至今仍在埋頭研究。他們從中已確認(rèn)了2734個(gè)太陽系外行星，另有3312個(gè)仍在確認(rèn)中。

在這2734個(gè)太陽系外行星中，約30個(gè)已被確認(rèn)為“像地球”——它們離恒星遠(yuǎn)近相宜，自身大小適中，還有約20個(gè)正在確認(rèn)中。

其中開普勒452-b（前面的“開普勒”表示發(fā)現(xiàn)它的儀器，中間的數(shù)字表示其各自的恒星，最后的小寫字母表示該系外行星）與地球最相像：開普勒452-b的恒星與我們的太陽屬同一類型，它繞恒星一周需385天，也是巖石行星;直徑是地球的1.6倍;也處于“宜居帶”。

現(xiàn)在，科學(xué)家根據(jù)開普勒太空望遠(yuǎn)鏡所觀測的空間只是太空中的一小塊，且在這塊巴掌大的空間里，望遠(yuǎn)鏡所能測出的系外行星就達(dá)數(shù)千個(gè)（注：未能測出的是大部分），他們按照比例計(jì)算得出：銀河系里，每個(gè)恒星至少有1個(gè)行星，行星數(shù)比恒星數(shù)多很多。想想看，銀河系的恒星有上千億個(gè)，行星的個(gè)數(shù)就是千億的數(shù)倍以上。當(dāng)我們驚嘆滿天星斗數(shù)不過來時(shí)，我們可曾想到，藏在它們周邊的我們看不到的行星更是密密麻麻，漫天都是！那些我們看上去似乎一片黑，什么都沒有的天空，正有無數(shù)個(gè)行星不停地圍著恒星跑圈，它們跑了有上億或數(shù)十億年了——只是在開普勒太空望遠(yuǎn)鏡升空前，人類無從得知而已。

那么，銀河系的上千億個(gè)行星中，有多少個(gè)“像地球”呢？科學(xué)家又通過復(fù)雜的計(jì)算得出：約400億個(gè)。在這400億個(gè)系外行星上，會(huì)不會(huì)江山如畫、生機(jī)勃勃？沒準(zhǔn)，它們當(dāng)中就有滋生出苔蘚地衣直至青草樹木的，有誕生出浮游生物直至各種魚類的……當(dāng)然，開普勒太空望遠(yuǎn)鏡的任務(wù)只是對(duì)太陽系外行星作小范圍普查，了解它們是稀少還是普遍。至于要鎖定哪個(gè)系外行星存在生命，這使命現(xiàn)在還未落到它身上，它還不能擔(dān)當(dāng)這個(gè)角色。

開普勒太空望遠(yuǎn)鏡除了發(fā)現(xiàn)太陽系外行星，找出一些與地球相似的行星，還碰到了許多奇聞趣事，我們來看看其中幾件：

“泡沫行星”（開普勒-7b）。開普勒-7b是一個(gè)氣體行星，密度相當(dāng)于泡沫塑料;如果能找來一個(gè)足夠大的水盆，將開普勒-7b放進(jìn)去，它會(huì)漂浮在水面上。

“巖漿行星”（開普勒-lOb）。開普勒一10b是個(gè)巖石行星。它離它的大火球恒星非常接近，沒日沒夜地受著大火球的燒烤，溫度高達(dá)1371℃，令其面向大火球一面的巖石熔化，熔解的巖漿起伏翻騰，像一個(gè)滾燙的熔巖海洋。

“長尾巴行星”（開普勒-1520b）。開普勒-1520b也緊挨大火球恒星，溫度高到足以熔解鐵?？茖W(xué)家推測，在如此高溫下，它的表層像爆米花般不斷爆裂，碎裂的物質(zhì)噴射開來，行星高速地公轉(zhuǎn)將它們向后拋，拋出一條長長的尾巴。按照它從外到內(nèi)一層層爆裂的速度，預(yù)計(jì)在2億年內(nèi)，“長尾巴行星”將完全瓦解、消失。

“環(huán)雙星的行星”（開普勒-16b）。行星開普勒-16b圍著兩個(gè)“太陽”轉(zhuǎn)，如果我們生活在這個(gè)行星上，將看到兩個(gè)“太陽”相伴升起和落下，我們身后也伴隨兩個(gè)影子，“影影不離”（開普勒-16星系里有兩個(gè)恒星：主星“開普勒-16A”，伴星“開普勒一16B”，伴星圍著主星轉(zhuǎn)，行星圍著這兩個(gè)恒星轉(zhuǎn)）。

“星團(tuán)里的行星”（開普勒-66b、開普勒-67b）：“星團(tuán)”顧名思義就是許許多多恒星擠成的一團(tuán)，它們?cè)讵M窄的空間內(nèi)推搡拉扯，發(fā)射出強(qiáng)烈的輻射及恒星風(fēng)，科學(xué)家原本不太指望在如此復(fù)雜的環(huán)境中找到行星。開普勒太空望遠(yuǎn)鏡技高一籌，在星團(tuán)“NGC 6811”里發(fā)現(xiàn)兩個(gè)行星：“開普勒一66b”和“開普勒-67b”。

由此可見，真是天外有天??！