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地球人的“终极突围”:寻找类地球行星

http://www.sina.com.cn 2004年06月03日11:06 瞭望东方周刊

  《瞭望东方周刊》记者于达维报道

  “很远很远的地方,居住着一些奇异的生灵”,在弗兰克·鲍姆的小说《绿野仙踪》里,奥兹国是个神秘的地方。从1960年4月8日凌晨4点起,一位年轻的天文学家弗兰克·德里克开始了他寻找地外文明的“奥兹玛计划”,而奥兹玛就是奥兹国的公主。

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  外星人在哪里,他们长得和我们是否一样?他们的世界和我们是否一样?这个问题放在10000年前的话,会是“山的那边是什么”;放在1000年前的话,会是“海的那边是什么”。或许这个问题太过普通,人类或许从拥有意识、拥有思想开始,就拥有了探索,而这探索,却常常不那么浪漫,还往往是残酷和血腥的。

  2004年5月,人类探索太空的“大哥”美国航空航天局,在探索了火星之后,宣布了他们的另一个浪漫想法——庞大的寻找类地行星计划,在未来10年内计划发射两个价值几十亿美元的类地行星搜索器,并与欧洲空间局合作研制和发射自由飞行干涉仪,寻找太阳系外类地行星的存在。

  寻找类地行星

  人类从几千年前起,就开始了拓展疆土的努力。

  《山海经》称:“禹使大章步自东极至于西垂,二亿三万三千三百里七十一步;又使竖亥步南极北尽于北垂,而亿三万三千五百里七十五步。”中国人在4000多年前,就已经开始了大规模、有组织的地理测绘和国土资源普查工作,堪称中国的地理大发现。

  从汉代起,中国人的眼光开始瞄准海洋。到了唐、宋以后,随着中国造船技术的高度发展,中国和印度、波斯、阿拉伯的商船经常往来于南太平洋和印度洋之间,15世纪初,郑和在不到30年间7次下西洋。对于郑和下西洋,李约瑟博士这样评价:时间最早,规模最大,造船技术航海技术最先进,海上力量最强,超越了当时世界海军总军力。然而,最后的地理大发现,却是由欧洲人完成的。

  15世纪末,由西班牙及葡萄牙发起并完成的地理大发现,将世界版图大幅扩展。随即,“陆权帝国”步入衰亡,“海权殖民帝国”崛起,地球从此成为一个整体。

  上世纪80年代起,地球人的眼睛,开始瞄准太阳系外的行星。从1995年2月开始,“凤凰计划”开始利用澳大利亚新南威尔士的帕克斯64米射电望远镜,观测200光年以内约1000颗邻近的类日恒星,但至今找到的100多颗太阳系外行星,几乎全都是由炽热的气体组成,而不是由岩石和矿物组成的类地球行星。

  2003年12月,英国科学家宣布,在离地球25光年远的恒星“织女星”(Vega)周围,可能环绕着一颗与地球相似的类地行星。

  寻找太阳系外行星最大的困难,就是行星本身不发光,反射的信号极其微弱,恒星的光芒要比它周围的行星亮100万到100亿倍,必须屏蔽掉恒星的光亮才能突出行星的特征。美国航空航天局准备多方面解决这个问题。

  野心勃勃的设想

  喷气推进实验室类地行星搜索器(TPF)项目科学家查尔斯·贝克曼2004年4月28日称,美国航空航天局预计在2014年发射一台小型日冕仪,用遮挡恒星光亮的方法来突出行星。到2019年,美国将和欧洲空间局合作,发射自由飞行的干涉仪。这将是一对严格遵守相距一个足球场距离的两台天体望远镜,利用零信号干涉测量法,将两个天体望远镜的信号进行综合,信号峰值与信号波谷相叠加,把明亮的恒星从图像上去除,而围绕恒星旋转的行星所反射的光可以不同的路径通过望远镜的光学系统,在图像上留下痕迹。

  就目前观测,太阳系附近3颗恒星,绘架座β星(Beta Pictoris)、天苑四(Epsilon Eridani)和织女星(Vega)都有可能是拥有类地行星的另一个太阳系。

  自由飞行的干涉仪、即将发射的斯皮泽太空望远镜和詹姆斯·韦伯太空望远镜,以及开普勒计划中的行星探测太空望远镜,将可以对上千颗遥远的恒星进行扫描,并在临近太阳系的几个恒星周围发现仅比地球大几倍的行星。不过这还不够。

  所有这些仪器,都是为类地行星搜索器(TPF)所做的准备,计划中于2014年发射的TPF-C和2018年发射的TPF-I两个类地行星搜索器,两者的结合将可以把目前哈勃望远镜所达到的分辨率提高100倍,通过红外和可见光波长范围内的联合观测,将具有发现类地行星并探测行星大气中化学成分的能力。

  如果TPF可以发现类地行星中的生命迹象,美国航空航天局将在2020年以后申请更强劲的望远镜,以确认和拍摄行星上的生命特征。

  有没有“小绿人”

  在那遥远的地方,我们能找到什么?科罗拉多大学天体生物研究室首席科学家布鲁斯·雅克斯基告诉《瞭望东方周刊》,要寻找一个可以支持类似地球生命的类地行星,液态水或其他形式的液体是最基本的条件,像碳、氢、氧、氮、硫、磷、钙、铁等物质,在任何有地质活动的行星上都很容易找到。另一个必要条件是化学不平衡,这种不平衡的存在,以及不断恢复平衡的努力提供了新陈代谢必需的能量。

  有科学家称,地球生物以碳为基础,而以碳的同族元素硅为基础的生命形式同样有存在的可能。“凤凰计划”资深科学家塞斯·肖斯塔克认为,从硅的外层电子结构上看,确实具备了碳所特有的4个自由电子,但是硅的原子量大,硅-氧共价键比较脆弱,无法像碳一样联合成有机大分子,从而无法作为生命的基础。他说,生命是由组织、功能以及精确的复制所构成的,其核心是信息的传递,也不能排除它根据电子的行为,形成其他形式化学机制的可能。

  那么外星人会不会像电影里一样,长着绿色的皮肤、靠光合作用生存呢,塞斯说,利用皮肤的光合作用,外星人对能量的利用率只达到8%,即便是每天暴晒在阳光下,也不能满足自身能量的需要,一天所需要的能量需要3周的时间来储备。因此,外星人不可能靠光合作用生存,还是通过食用绿色植物来获得能量更为直接有效。

  终极突围

  美国航空航天局天体生物学会委员卡罗尔·克里兰对《瞭望东方周刊》说,与类地行星探索计划相比,哥伦布的目的是既有探索,又有经济成分。哥伦布本人希望发现新大陆,而资助他冒险的西班牙王室则希望发现一条通往亚洲的便捷贸易道路。从探索意义上来看,类地行星探索计划与哥伦布是一致的,但即便有惊人的发现,距离我们都还是相当遥远的,要经过几百上千年的飞行才能到达那里,人类现有技术还不可能对那里进行资源开发和殖民,所以,现在的探索还不足以解决地球的拥挤和资源的枯竭。她认为,即便是开发火星给地球人居住,也只能建立自给自足的小型基地,要彻底让火星适合人类居住,不仅要花光地球上所有国家政府的预算,而且要用几千年。

  北京大学科学史研究所任元彪教授认为,移民其他行星,目前还只是逻辑上的可能,现实的可能尚不存在,人类最现实的目标,还是尽量延长在地球上的生存时间。

  “哥伦布的发现,给了我们一个完整的地球,布鲁诺的勇气,给了我们一个完整的太阳系,现在最重要的问题,是改善地球上的生存环境。”任元彪说。

  “全球变暖、臭氧层空洞、土壤退化、饮用水匮乏,地球在人类活动的影响下,处于生态和环境崩溃的边缘,”卡罗尔说,“也许到本世纪末,许多现在人口密集的地方就不再适合人类居住,如果各国政府不能采取行动,人类的前景将是暗淡的。”

  珍惜地球,同时寻找移居其他行星的终极突围方式,是人类迄今为止惟一可行的办法。


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