这些“大表哥”和地球到底有多像？

2015年7月30日 | 380,123

宜居行星

地球是已知行星中唯一有生命的吗？寻找太阳系外适合生命存在的行星，可由通过监视类日恒星是否有微小的光度降低，来发现那些造成掩星的行星。使用这一方法，NASA的开普勒太空望远镜最近找到了700多颗新行星。这幅由艺术家绘制的插画，展现了其中12颗轨道位于其母星宜居带内的太阳系外行星。这些行星的温度适宜，有可能存在液态水，因此地球上的水基生命有可能可以在这些行星上生存。虽然目前的技术还不能让我们直接探测到外星生命，但寻找宜居行星已成为我们更好地认识自己在宇宙中地位的重要一步。

艺术家描绘的开普勒452b。它是首个在“类日”恒星宜居带内发现的“类地”行星。NASA

首个系外行星发现至今已有二十多年，现在记录在册的系外行星数量有数千个。但仅在我们银河系中，就还有数百亿这样的行星等着我们去发现。自从开普勒望远镜升空以来，系外行星搜寻已经变成一种例行公事。与此同时，所谓的系外“类地”行星数量也在逐渐增多。这些“类地”行星的体积足够大，可以保留大气；又足够小，不至于成为气体巨行星。它们的轨道与宿主行星的距离恰到好处，位于所谓的“宜居带”内，避免了极端条件，使水能够在其表面保持液态，因此人类所知的生命形式，应该能够在那里存在。

从这些表述中，我们很容易联想到一个地球的复制品，一个“类似于地球”的行星世界。那里有蓝色的海洋，白色的云层，褐色的大陆，绿色的植被；而在这个世界的头顶，还高悬着一个黄色的“太阳”。在媒体的影响下，我们很容易以为找到的就是这样一个行星。

ESO

其实，现在每隔几个月，NASA都会宣布发现了更好的“类地”行星候选者。这的确令人激动，但是与之相伴而来的，是一种经验主义推测。每次新闻发布会都会向大家展示一张艺术渲染图，上面描绘了一个蓝绿相间的行星，乍看之下和我们的地球家园相差无几。但是我们只要稍作分析，便会明白我们对这些行星的了解其实非常有限。因为在当下，我们只能从宿主恒星微乎其微的闪烁和摆动中推算行星的年龄、轨道、半径和质量。

开普勒452行星系、开普勒186行星系与太阳系尺度之比较。开普勒186是个迷你太阳系，整个都在水星轨道以内。NASA

公平地讲，这的确是个伟大的发现。这个行星系的发现，收窄了我们的视野，离我们最终在宇宙中发现与地球一模一样的行星，或像地球一样能够维持生命的行星又迈进了一步。

有很多冲动，让人们愿意相信这个行星“大表哥”是岩石质的，相信这个行星和我们地球相似。但是到目前为止，人们还没有办法直接拍到这些所谓“类地”行星的照片，连对它们的成份进行测定也非常困难。

因此这种贯穿在多年行星搜寻行动中的期待，必然要直面现实。在人类发现的诸多类地行星中，大部分行星都是气体巨行星。根据理论模型，像开普勒452b这样大小的行星是气体行星的可能性依然存在。

系外行星系的构造也非常复杂多样。比如有一颗行星的宿主恒星是脉冲星。这颗高速旋转的脉冲星是超新星爆发的遗留物。没人会相信这种奇特天体的周围会有行星，但是它确实存在。许多围绕“类日”恒星运行的系外行星轨道半径非常小，它们炽热无比，它们的一年只相当于地球上的几天，它们的体积几乎都和木星一样大。

直径比地球大60%的开普勒452b（右）和地球（左），以及恒星开普勒452（右）与太阳（左）之比较。这是一幅艺术家创作的概念图。NASA

当前的主流行星形成理论是基于太阳系建立起来的，在描述其他行星系时面临着非常大的困难，几乎所有观点都需要修正。许多系外行星系的构成方式和太阳系相差悬殊。太阳系的布局甚至有可能是个例外。要完全了解其中的真相，还需要几十年的努力，同时也需要一点点的运气。未来的我们回顾今天的认识时，必然会发现是多么的肤浅。

所以当我们在媒体上看到“类地”行星被发现时，应该设想一下各种不同的情况。虽然新发现的开普勒452b位于宜居带，但是仍然存在着许多不确定因素。

下图呈现的就是金星，它正在从太阳表面凌越而过。这是个没有蓝海和绿洲的世界，我们只能看到一个剪影和大气折射出的昏暗光晕。这种情况和我们通过凌越法寻找系外行星的原理相似。

金星凌日。JAXA

但是在1950年代，人们普遍认为金星是“另一个地球”。

金星的大小和地球几乎一样，只是稍稍靠近一点太阳。所以金星确实应该热一点。但是金星浓密的云层给了天文学家希望，因为它能把阳光反射回太空，避免地表过热。也许金星是个雨林世界，遍布茂密的森林和水汽氤氲的沼泽。

但是当探测器在金星上着陆后，希望彻底破灭。那里是地狱。它有一个悬浮着硫酸微滴的二氧化碳大气，在这个浓密大气的下方，是一片炽热的焦土。

金星表面。金星9号

火星在人类进入太空时代以前，也被认为是一个覆盖着植被的行星，人们甚至以为那里有能够建造运河的古代文明。但实际上它却是个寒冷而干燥的粉尘世界，只是可能曾经有生命。即使现在还有生命，也只能在夹缝里求生存。

火星表面。NASA

我们今天必须要直面的现实是，发现潜在的宜居行星，还需要等待非常漫长的时间。即便我们找到了这样的行星，也会发现它们可能只是19世纪先祖们观测到的这些地球近邻。

光年之外的外星文明，假如用我们现在的方法在太阳系寻找行星，那么在这颗黄色的“类日”恒星周围，金星、地球和火星都会被归入“宜居”行列。也许要等到它们中的某些“狂热分子”向金星派出度假飞船后，真相才会大白。