超级地球我们的下一站?

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  今年夏天,一则新闻让“超级地球”这个词儿一夜间走红起来。起因是美国国家航空航天局(简称NASA)在例行的新闻发布会上向大家通报,说他们在1400光年外的一颗恒星身边找到了一颗类似地球的行星。于是人们纷纷插上了想象的翅膀,开始大谈“另一个地球”。乐观的人畅想地球人的后代又多了一个星球可供居住,悲观的人担心有朝一日地球可能迎来外星侵略兵团。但实际上,银河系里和地球在某个或某些方面相似的行星为数还真不少。不管我们发现或是没发现它们,“另一个地球”,都早已默默地存在于这个星系当中……
  什么是超级地球?
  所谓超级地球,指的是太阳系外那些与地球相似(而与木星不同)的行星。它们是固态的岩石星球,质量一般在地球质量的1~10倍之间。按照天文学家现在对行星形成过程的理解,超级地球在银河系里的数量应该相当不少。事实也是如此,目前太阳系外行星探测的头号主角是开普勒空间望远镜,在它提供的4000多颗行星和行星候选体里,大约有五分之一的成员是超级地球,这其中包括2010年发现的开普勒-9 d,第一颗超级地球;去年发现的开普勒-186 f,第一颗位于适居带的超级地球;以及今年发现的开普勒-452 b,第一颗位于类太阳恒星适居带内的超级地球。前置定语越来越多,与地球的相似程度也越来越高。
  在写下这一行字的时候,地球上的天文学家已经确认了1948颗系外行星的存在,加上行星候选体,总数超过5000颗。这些系外行星目前暂时以编号命名,方法是在它们的主星名字后面加上一个字母。比如这颗“开普勒-452 b”,开普勒-452是恒星的名字,表示它是开普勒空间望远镜发现的第452颗带有行星系统的恒星;b是行星的编号,表示它是这颗恒星周围被发现的第一颗行星(字母a有时会用来代表恒星本身,所以行星的编号从b开始)。鉴于目前发现的行星系统还没有行星数目达到两位数的,所以这个命名方法暂时还没有字母不够用的危险。
  找啊找啊找朋友
  在茫茫星海中要找到一颗围绕遥远恒星运行的不发光的小不点,这可不是一件容易的事儿。天文学家使用的主要方法有两类,一类是“视向速度法”,行星围绕恒星转动的时候,恒星不是岿然不动的,它也会受到行星引力的影响,发生轻微的摆动;另一类是“凌星法”,当不发光的行星转动到发光的恒星前方,这个小不点会挡住一丁点儿的星光,让恒星短时间内轻微变暗。
  在开普勒空间望远镜上天之前,系外行星绝大多数是通过视向速度法被发现的,这种方法比较适合于距离恒星很近、质量也很大的行星,所以那时候找到的都是巨大的类木行星,类地行星(以硅酸盐岩石为主要成分的行星)很难进入人们的视野。自从开普勒望远镜开始工作,天文学家能够在十万分之一的精度上测量恒星亮度的变化,凌星法就成为了系外行星的观测主流,“超级地球”才渐渐被我们发现。到今天为止,这两种方法分别贡献了609颗和1215颗系外行星。
  除了这两种主流的方法之外,还有一些“小众”的方法可以探测系外行星的存在。比如恒星的质量会让经过它附近的星光弯曲,就像是一个微型的“透镜”,在这个“透镜”的范围内要是存在一颗行星,行星的运动就会让星光的弯曲产生非常轻微的畸变,这叫“引力透镜法”。又比如要是行星围绕的恒星是一颗会发出脉冲的“脉冲星”,那么恒星的摆动就会通过脉冲表现出来,这叫“脉冲星计时法”。当然最直接的办法还是直接成像,用望远镜把行星拍下来,不过这不但需要特殊的装置来遮挡住恒星的星光,还需要足够大的望远镜。
  生命的条件
  银河系里至少有两千亿颗恒星,其中的行星数量也至少是千亿级别,大小和地球差不多的行星怎么也有上千万颗(开普勒对准的只是天鹅座方向极小的一片天区,只占整个天空的0.25%)。不过要当选“另一个地球”并没这么简单,除了大小相仿之外,还必须满足另外一些条件。
  合适的恒星类型 这颗行星需要围绕一颗与太阳相似的恒星运行。倒不是说我们自己绕着太阳转,就非得规定其他行星也这样,这不过有需要有像太阳这样质量比较小的恒星能够在比较长的时间里稳定地发光发热,给生命留出充分演化的时间。大质量的恒星寿命只有几百万年,而且周边辐射非常强烈,行星上不但难以出现生命的苗头,还没过多久就会被超新星的爆发弄得尸骨无存。这种地方太不安全了,不能去,不能去呀。
  合适的距离范围 这颗行星距离它的主星既不能太近,也不能太远。前文说过恒星周围有一个“适居带”,也就是一个温度合适的范围,落在适居带内的行星有机会(但不一定)保留液态水,适居带以外的行星则没什么具备液态水的可能。比如我们的地球就大致落在太阳的适居带中央,金星在适居带外靠近太阳的一侧,而火星几乎就要落出适居带了。对生命来说,没有液态水是件很麻烦的事儿,因为大量和生命有关的化学反应都要在溶液中进行,别的溶剂比水更难找、更不稳定。如果行星表面太热或太冷,我们还是另找高明吧。
  合适的系统大小 这颗行星应该位于一个具有多颗行星的行星系统中。这有利于保持行星轨道的稳定。因为生命演化是一个循序渐进、逐步适应环境的过程,环境的剧变将会造成毁灭性的灾难。想想6500万年前的恐龙,那还只是一颗10千米直径的小行星撞到了海里,假如地球转着转着忽然躺下来,或者轨道忽然变扁,造成的灾难可能比撞击还更加可怕。
  合适的轨道形状 轨道的形状也可能是决定一颗类地行星是不是“另一个地球”的因素。接近圆形的轨道更有利于生命的存在,行星和主星的距离不会变化太大,温度能够在一定程度上保持稳定。假如一个星球上冬天和夏天动不动就平均相差100多摄氏度,那我们所知道的大多数生命形式恐怕都别想在它表面活下去了。
  我们的征途是星辰大海
  要前往一颗超级地球,首先需要克服的困难是遥远的距离。银河系里符合以上四大条件的超级地球说多不多,按照最乐观的估计平均距离也得有500光年以上(开普勒对准的这个方向没有发现,不代表其他方向也没有合适的超级地球)。好消息是狭义相对论告诉我们,运动的时钟会变慢,所以只要飞船自己飞得足够快,比如说速度达到光速的一半,对飞船上的人来说,自己就“只”需要飞288年便可以抵达目的地;坏消息是即便飞船速度达到光速的一半,在地球上的人看来,他们抵达目的地也需要花上1000年(而且传回这个消息还额外需要500年)。所以两个星球之间走亲戚大概是不可能的,除非我们找到让信息传递超过光速的办法,不然时间不同当然没办法交朋友,那就只能是送出去的飞船,泼出去的水啦。   那么,到底有没有超过光速的方法呢?相对论认为是没有的,但是这个宇宙的基本设定留下了一个也许能钻的空子,那就是虫洞。去年的大热电影《星际穿越》对虫洞这个概念进行了充分的阐释和利用。简单来说,虫洞是连接宇宙中两个时空点的通道,通过它可以直接从一个时空点前往另一个时空点,而不用老老实实在宇宙时空中长途跋涉。这就像是一条穿过大山的隧道,原本必须辛苦翻过高山才能抵达的地方,现在只要沿着直线穿过隧道就可以方便到达了。从虫洞旅行或者传递信息也并没有违背相对论,因为运动速度本身并没有超过光速呀,我们只是找到了一条缩短距离的捷径而已。
  量身定做,入乡随俗
  好了,假设我们现在解决了旅程的问题,背起背包踏上了异星的土地,准备在这里开枝散叶,永久定居。从这一刻开始,进化就要挥舞起它的魔棒,把我们塑造成“外星人”啦。
  首先会对异星居民的身体产生影响的,应该是引力环境。这颗行星的表面引力不太可能和地球一模一样,其间的差异会慢慢在一代代的人类身上逐渐体现出来。引力比较大的地方,人类可能会变得更矮小,心脏和骨骼都更强壮,走路的姿态也会因为重心降低而发生变化;引力比较小的地方,这些改变则会相反。
  另一个比较大的影响因素是来自恒星的影响,不过对“阳光”最为敏感的应该是植物。植物的生长非常依赖阳光,它们根据自己所需要的能量来选择性吸收和反射阳光中的不同波段,而这在很大程度上决定了它们的形态和颜色。假如我们携带了一些来自地球的作物来到异星,它们将会很快展现出与原来不同的面貌,变化的速度比人类快得多(育种专家想必会在这个过程中起到推波助澜的作用)。对人类而言,阳光可能会影响我们的视觉。如果这颗行星的主星比太阳暗一些,植物的颜色很可能会更深,而若干代后,人类的眼睛也可能会变得和猫咪一样又圆又大,到时候每个人看上去都像漫画里的美少女,想来好像感觉也不错。
  生命总是和环境息息相关的,有的环境因素可能被逐渐改造,比如大气、水文、土壤和生态,而像引力和恒星这样的环境因素则会一直不断地对生命施加强大的影响。最终,在异星定居的人类和其他物种将会要么适应新的环境,要么让位于更能适应这个星球的原生物种或者新生物种。在另一个星球上生息繁衍了许多代的人类,要是再有机会返回地球故乡,恐怕就会变得非常不适应了。
  结语
  在茫茫宇宙中,是否有其他类地生物跟你一样正在端详着一本科普杂志,是否还有别的行星适宜人这样的灵长类动物居住、生活、玩耍,这一直以来都是人类积极探索的目标之一。在接近目标的路途中,虽然有许多以失败告终的项目,也有许多不知何解的问题,但人类探索太空的步伐却越走越远,越走越坚定。在此,对未来那些决定出发前往另一个地球的勇者,我们还是提前几百年加以祝福,再道一声真心实意的再见吧。
  人类对太空孜孜不倦的探索,究其原因是因为人们需要通过这种方式来证明地球不再是一座孤岛,即使某天地球因为各种原因玩完了,至少大家还能找个落脚之地,做个星际移民的打算。
  地球毁灭方式的N种猜想
  Ⅰ.外星人入侵
  这是科幻作品中最常用的地球毁灭方式之一,虽然人类暂时还没有确凿证据证明外星文明的存在,但随着在其他星系中发现越来越多的可能的类地行星,这种可能性不断提升。
  Ⅱ.行星撞击
  从大块头恐龙的不幸遭遇我们就知道,太空撞击的确能给地球致命一击。但不得不说,要对拥有6万亿吨金属和岩石的地球造成毁灭性的打击,撞击对象必须具有巨大的质量、体积以及速度,撞击后将随之引发海啸、地震、森林大火等灾难。
  Ⅲ.太阳的作用
  如果太阳的能量输出突然锐减或锐增,或者当地球远离太阳或靠近太阳,那对地球上的所有生物都将是场大灾难。它们将会带来两种极端后果,一个是成天天寒地冻,一个是地球成为炼狱火海。
  Ⅳ .地球停止自转
  当地球停止转动后,毫无疑问的是,地球表面上的每样东西还会继续运动,最高速度可以达到接近每小时1670千米(地球赤道的转动速度)。建筑物会和地面分离,海水会席卷地面,更要命的是,地球将每6个月经历一次全球性风暴季节,极端天气将导致地球一片大混乱。
  Ⅴ.黑洞
  我们知道,黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽后,发生引力坍缩而形成的。它具有极大的质量和引力,以致于任何物质和辐射都无法逃逸。如果说天体撞击能给地球留些碎片,让它能有机会和撞击天体的碎片组成新的天体,那么黑洞的撕扯则将连碎片都不放过,从而继续被撕扯分开。
  Ⅵ .人工智能的逆袭
  能够自主思考、比人类更具智慧并有能力自我复制的机器人造反,在各类科幻作品中已是老掉牙的事儿了,但不得不说还是有这个可能性的。你看《复仇者联盟2》中奥创不是也野心满满,试图将一个城市抬到空中让其掉下来重击地球吗?
  Ⅶ .平行世界碰撞
  如果某天我们和另一个平行世界相撞了,那我们现在所知晓的就是最后一件事了。当然,碰撞之后也许会创造出另一个宇宙来,就像138亿年前的宇宙大爆炸一样。到那时,其他的宇宙也会有另一个地球。
  人类太空探索简史
  1946
  果蝇被装在美国V2火箭里送入太空,测试太空的辐射效应,成为第一种进入太空的动物。
  1957
  10月4日,前苏联将人类第一颗人造卫星“史泼尼克1号”送入太空,这事儿震撼了整个西方。
  11月3日,第二颗人造卫星“史泼尼克2号”发射升空,卫星里匪夷所思地塞进了一只叫“莱卡”的小狗,作为一只无辜的试验品,它没坚持多久就死在了太空里。
  1961   4月12日,前苏联宇航员尤里·加加林完成载人太空飞行,绕地球轨道飞行了108分钟,成为第一个进入外层空间的人。
  1969
  7月20日,人类实现了月面行走。“阿波罗11号”宇航员阿姆斯特朗与奥尔德林在月球上呆了21.5小时,其中在舱外活动2.5小时,成为了首次踏上月球的人类。
  1971
  4月19日,前苏联首个太空站,也是历史上第一个太空站发射升空。随后,前苏联派出“联盟11号”与太空站对接,在“联盟11号”返回地球时,返回舱的均压均衡阀过早开启,3名宇航员因此丧生。
  1983
  6月13日,非载人航天器“先驱者10号”飞越海王星轨道,成为第一个离开八大行星范围的人造物体。直到1998年2月17日,它都保持着离地球最远飞行器的纪录。
  1986
  1月28日,美国“挑战者号”航天飞机在佛罗里达州上空刚起飞73秒就发生解体,机上7名机组人员全部遇难。当时,人们在电视上看到这一消息,许多人仍无法相信航天飞机会发生意外,直到NASA出来证实这项悲剧事故。
  1965
  3月18日,前苏联宇航员阿列克谢·列昂诺夫搭乘“上升2号”宇宙飞船实现了人类历史上第一次舱外活动。
  1967
  1月27日,美国“阿波罗1号”的指令舱在肯尼迪航天中心进行例行测试时发生火灾,三名宇航员:指挥官维吉尔·格里森、高级驾驶员爱德华·怀特及驾驶员罗杰·查菲丧生。4月24日,前苏联宇航员弗拉基米尔·科马洛夫在“联盟1号"任务中,因飞船降落伞故障导致飞船坠毁而遇难。
  1968
  12月21日,首艘载人航天飞船“阿波罗8号”飞绕月球,“阿波罗8号”是人类第一次离开近地轨道,并绕月球航行的太空任务。在任务中,宇航员拍摄到了人类第一张“地出”照片。
  1973
  5月14日,美国第一个轨道试验空间站“天空实验室”发射升空。1973年到1974年间,三批宇航员曾到空间站内进行实验。
  1981
  4月12日,美国“哥伦比亚号”航天飞机成为第一个绕地球轨道飞行并返回机场降落的带翼航天器。
  1988
  11月15日,前苏联发射首架航天飞机“暴风雪号”进行了3小时20分的无人驾驶飞行。为运载“暴风雪号”专门设计的安-225运输机,成为世界上迄今为止最大的飞机。
  2001
  4月28日,来自美国加州的商人丹尼斯·蒂托,乘坐俄“联盟TM-32”载人飞船前往国际空间站,成为第一位太空游客。蒂托曾任NASA喷气推动实验室工程师,参与了火星和水星探测飞船飞行轨道的设计。
  2004
  6月21日,“太空船一号”完成第一次私人资本人类太空飞行,虽然速度没超过第一宇宙速度,因而无法进入轨道,不过它的重要意义在于它是世界上第一架私人载人航天器。
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