你好，遥远的“另一个地球”

地球 · 2016-10-31 15:29:14

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只是因为在星群中多看了一眼，再也没能忘掉你容颜，梦想着偶然能有一天与你相见，从此我开始孤单思念。7月24日零点，美国宇航局以视频形式向全球直播，宣布开普勒望远镜团队发现了迄今为止与地球最相似的系外行星——开普勒452b。接下来发生的事情就是大家发现朋友圈都被这个地球的“兄弟”刷屏了。那么，人类如何寻求“另一个地球”？人类是否可以到达遥远的“另一个地球”？开普勒452b：地球的“兄弟”？开普勒452b 的直径比地球大60%，距离地球约1400光年（1光年约等于10万亿公里），位于天鹅座。“他”和地球有多像其实在2015年1月6日，美国宇航局曾经发布开普勒望远镜发现的第1000颗系外行星，其中开普勒438b、开普勒442b、开普勒440b等3颗行星的运行轨道位于宜居带内，当时报道也称之为“另一个地球”。但那3颗行星围绕运行的恒星是质量较小、温度较低的红矮星，而开普勒452b围绕运行的是一颗与太阳相似的恒星——开普勒452。由于“凌日”法只能测量系外行星的直径大小，也无法估算其质量，因此无法根据密度判断开普勒452b究竟是不是岩石质的行星。但根据理论模型推测，开普勒452b的质量可能约为地球的5倍，若推测成立，则它应该是一颗岩石行星，而不是像木星、土星、海王星那样气液态的巨行星。开普勒452b的轨道周期（一年）约为385天，接近地球轨道周期的一年365天。由于这颗系外行星与母恒星的距离适中，位于温度适宜的宜居带，科学家猜想它的表面可能存在液态水。冷静地看看“他”虽然新闻报道大多称开普勒452b为第二个地球，但严格说来，开普勒452b是一颗围绕与太阳相似的恒星运行，与这颗恒星之间的距离适中的系外行星。所以，开普勒452b并不是严格意义上的“另一个地球”，只能说是迄今为止与地球最相似的系外行星。尽管如此，这仍然是搜寻“另一个地球”所取得的重要进展。根据估算，恒星开普勒452的年龄约为60亿年，比太阳还要老15亿年，围绕这颗恒星运行的开普勒452b的年龄也接近60亿年。由于恒星的光度会随着年龄增长而逐渐增强，因此在开普勒452形成后的50亿年内，这颗系外行星接收到的光照强度应该比地球弱，但如今开普勒452b接收到的光照强度已经超过了地球。这说明随着太阳年龄的增长，地球上接收到的光照强度也将逐渐增强。此次发布会还发布了11颗直径小于地球2倍、位于宜居带内的系外行星，但其结果还需进一步确认。通过开普勒望远镜，天文学家可以测出这颗行星距离它的“太阳”有多远，也可以测定出它的“太阳”每时每刻能够释放出多少光和多少热。但仅凭这两个条件，仍然无法确定行星表面的温度，因为后者还与行星表面、大气等因素相关。目前，天文学家在假设这颗行星与地球十分相似的情况下，计算出它的平均表面温度大约是22摄氏度。不过，这个数字只是天文学家在一个纯粹的假设下计算出的理想数字，只能供参考。

开普勒望远镜是发现“另一个地球”的功臣，它升空之后提高了人类观测系外行星的能力从科学猜想到大发现大家知道，太阳系有八大行星，那么其他恒星也应该有自己的行星系统。这一设想在很长一段时间因缺少实际观测证据的支持，一直停留在科学猜想阶段。行星本身不发光，它表面的反射光相对恒星而言是极为微弱的，因此行星常常被掩盖在母恒星的光辉内，要从距离地球数百光年的恒星系统中发现行星是很困难的。早在1855 年就有天文学家宣称发现了系外行星，但直到1992年，人类才首次确认有质量与地球相近的天体环绕着脉冲星PSR B1257+12。系外行星观测在最近几年取得了重要进展，截至2015年7月24日，已确认的系外行星达1876颗。目前，人类系外行星的观测方法也了有新的突破，其中用凌日时间变分法发现3颗，脉冲星计时法发现18颗，直接成像法发现51颗，微引力透镜发现34颗，径向速度或天体测量法发现591颗，凌日法发现1179颗。开普勒望远镜在2009年发射以后，大大提高了系外行星搜索的效率。目前，开普勒望远镜已经探测到18000颗疑似系外行星，其中262颗与恒星的距离不远不近，位于温度适宜的宜居带。系外行星的探索具有重要意义。我们知道，太阳系是从一团弥漫着气体和尘埃等星际介质的太阳星云逐渐凝聚、演化而来的。目前，太阳系已经演化到了行星形成的晚期，但我们对行星形成的早期历史并不清楚。通过系外行星的搜寻，发现那些处于不同形成阶段、不同类型的行星，有助于了解行星是怎么形成的，未来将向什么方向演化。我们的地球也是一颗行星，具有行星所共有的一些特征，系外行星的探索，有助于研究行星的形成和演化过程，更有助于预测地球的未来，这关乎人类未来的命运。什么样的系外行星适合人类生存？此次被发现的开普勒452b被大家称为“第二地球”、“地球兄弟”等，这似乎描绘了一个光明的前景，人类未来有可能移居到这些星球上去。但作为冷静的探索者，我们需要思考这些系外行星是否真的像地球一样？人类未来是否真的有可能移居到这些行星？如果是短期登陆探访，有很多太空探索的目的地可供人类选择，因为密闭的登陆舱和厚重的航天服可以保护航天员。但如果要移居到另一颗星球，这就要求找到一个适宜人类长期居住的系外行星，这个系外行星必须具备许多苛刻的条件。“完美”大气层必不可少首先，要有大气层的保护。以地球海平面的大气压力为1个标准大气压为标准，医院里的高压氧气治疗为1.4个大气压，珠穆朗玛峰顶约为0.41个大气压。如果系外行星的大气太稠密或太稀薄，人类的心肺功能都将难以承受。比如，金星表面是90个大气压，连载人登陆都无法实现，更不可能适合人类生存了。除大气压外，还要拥有合理的大气成分和比例。地球大气的主要成分是氧气和氮气，而且要符合一定比例。氧气含量过高，人会发生“ 醉氧”，过低则会缺氧。但是，目前的探测手段还难以确定系外行星是否拥有大气层，更难以判断大气的成分。从太阳系的经验分析，土卫六的大气是氮气和甲烷，木卫二为纯氧，金星大气主要为二氧化碳。因此，可能大多数系外行星的大气成分主要为氮气、二氧化碳等，根本不适合人类生存。除了氧气，地球大气层中的微量气体也发挥了很大作用，比如臭氧过滤掉了对人类危害最大的紫外辐射。系外行星如果没有臭氧层，人类患皮肤癌的概率将大大增加。生命之水不可或缺其次，要有液态水和适宜的温度。水是生命之源，根据地球的经验，生命的存在离不开水。有了水，才有可能形成生态系统。人与生物圈才能形成相互依赖、不断进化的生态系统，否则人类是难以单独长期生存的。实际上，现有的科技手段还无法证实系外行星上是否有液态水，只能根据系外行星与恒星之间的距离来估算行星上的温度，并根据温度范围推断是否有液态水的存在，并非探明真的存在液态水。即使系外行星与恒星的距离位于宜居带内，也并不能保证行星表面具有适宜的温度。行星大气层的密度和成分将显著影响行星表面的温度。恒星大小影响巨大根据达尔文的进化论，生命的演化需要经历漫长的历史。太阳作为太阳系的母恒星，是一颗中等质量的恒星，人类预测其寿命大约是100亿年。现在太阳的演化已经过去了约50亿年，地球的形成已历经了46亿年。地球诞生后8亿年才出现简单的生命，而人类的出现则不过250万年。换言之，太阳系诞生约50亿年后才繁衍出高度发达的人类文明。在宇宙中，如果母恒星的质量太大，其寿命就会比较短，它的行星就会来不及在母恒星的“有生之年”演化出相对复杂的生命。坚实地表至关重要再次，适宜居住的系外行星必须有一个岩石质的表面，让人类可以生活在陆地上。由于系外行星的质量越小就越难观测到，所以早期发现的系外行星大多是木星那样的巨大气液态行星。气液态行星缺乏坚实的表面，那么，人类就没有坚实的地面作为支撑，后果可想而知。类似地球的岩石行星的构造都很相似：中央是一个以铁为主，且大部分为金属核心，围绕在周围的是以硅酸盐为主的地幔。在漫长的演变过程中，这些岩石行星会逐渐出现峡谷、撞击坑、山脉和火山。此外，在演变过程中还会出现再生大气层，有别于类木行星直接来源于太阳星云的原生大气层。此外，适宜居住的还要有一个完美的磁场，可以屏蔽来自恒星和恒星际的高能带电粒子，减少对人类的危害。“脾气温和”意义很大最后，这些行星必须已经演化到了中年阶段，内部能量的释放比较温和，因为处于演化早期的年轻行星往往会狂暴地释放内部能量，地震和火山爆发的强度和频度太大，人类在这些自然灾害面前的生存机会是十分渺茫的。系外行星所属的恒星的能量释放要比较稳定，否则人类在恒星爆发的超级带电粒子风暴面前只能坐以待毙。行星系统必须已经演化到晚期阶段，大量的小天体碎片已经被大的行星吸积，行星际空间逐渐清朗，可以大大降低行星被小天体撞击的几率。总之，人类之所以能在地球上生存，是因为地球穿了几层保护人类的防护衣。第一层是磁场，它屏蔽了大量高能带电粒子，保护我们免受高剂量辐射的伤害；第二层是大气层，它提供了人类呼吸所需的氧气和植物生长所需的二氧化碳，其中的臭氧又过滤掉对人体有害的紫外线；第三层是水圈，水作为载体，促进了地球各圈层的物质循环。

系外行星只有在宜居带才有可能适合人类生存系外行星是一个童话地球孕育了人类，是迄今为止浩瀚宇宙中唯一确证有生命的星球。地球是太阳系中的一个行星，银河系中像太阳一样的恒星有上千亿颗，而整个宇宙中像银河系一样的星系又数以千亿计。系外行星本身不发光，容易淹没在遥远明亮的恒星光芒中，很难被直接观测到，大多通过行星运行时对恒星的扰动来判断。迄今为止，还没有办法判断系外行星是否有岩石质的表面，是否有液态水，更难以确认系外行星是否真正与地球环境相似。如果人类足够幸运，真的发现了一颗类似地球的系外行星，那我们是否有能力到达这颗系外行星呢？开普勒望远镜最近发现了8颗系外行星，其中有3颗处于宜居带，温度范围允许液态水的存在。在发现开普勒452b之前，比地球大12%的开普勒438b被认为是最类似地球的系外行星，它距离地球475光年，公转周期为352天。现在，最类似地球的系外行星开普勒452b，距离地球1400光年，以新视野号借助木星引力加速后的峰值速度7万～7.5万公里/小时估算，飞到开普勒452b需要约2709万年，而人类在地球上的全部历史也不过250万年。所以在星际飞行理论没有突破的情况下，如果依靠传统火箭，不借助时空穿越，人类基本上不可能抵达这些系外行星。如果将太阳系放到整个宇宙，地球就像宇宙中的一粒尘埃，恰恰是这粒尘埃，人类有了唯一的赖以生存的家园。我们遗憾地发现，至今地球仍是宇宙中唯一适合人类长期居住的行星。系外行星看起来虽然美好，但这只是一个美丽的童话，另一个地球美好的“远水”解决不了人类面临的“近渴”，人类未来的命运系于地球。除了地球，我们别无他所，所以珍惜地球不能沦为一句口号。（郑永春）

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