人類，宇宙的孤兒？

喬爾丹諾·布魯諾在1584年寫下這樣一段話：「宇宙中有無數的恆星和無數的行星，這些行星都圍繞著它們的恆星旋轉，旋轉方式與我們太陽系的七大行星完全一樣。我們只能看到恆星，這是因為它們是最大的天體而且發光；但是我們卻看不見它們的行星，這是因為這些行星很小且不發光。宇宙中有無數個星球並不比我們的地球更糟糕，而且可能比地球更適合居住。」 為此，NAsA的「起源」計劃決定利用2l世紀的科學發現，來探索我們的太陽系以外是否存在著類似地球的行星，以及這些行星是否可以居住，或者已經居住著原始生命。 　　那麼，我們如何確定一個星球上是否存在生命呢?「伽利略」號宇宙飛船在從地球飛向木星的路上，就將其儀器轉向地球尋找生命的跡象。除了無線電信號和晚上亮起的燈光，地球上的生命跡象微妙得令人驚訝。陸地上有一些錯綜複雜的綠色(我們知道是植物)，二氧化碳、氧氣、甲烷、氮氣在大氣層中共存——一種化學上不可能的情況，除非由類似生命的事物維持才會存在。 　　但地球上並非一直擁有這種大氣層。早期地球擁有一個高溫、非光合作用的生物圈，二氧化碳很多而氧氣很少。地球上的生命是微生物，這些微生物靠消耗氫和硫化物來獲取能量，導致一系列的含碳氣體和含硫氣體在大氣小的含量減少。那麼，什麼化學物質會是早期地球大氣層中可識別的生命跡象呢? 　　應該如何確定一個星球上有生物存在的信號呢?這是太空生物學家面臨的難題。為此，太空生物學家正在研究地球上極端環境中的微生物生態系統，將其作為早期地球以及太陽系以外行星上可能存在的微觀世界。目前所用的技術 　　 　　用來發現太陽系以外世界的最主要的技術之一就是多爵勒技術。一顆行星對其恆星的引力會導致恆星速度上的小差異(僅每小時數千米)，這種差異可以通過測量多普勒頻移來確定。迄今為止，我們已經發現了75顆顯示出顯著差異的恆星、從這些恆星中我們了解到，大約有7％的類似太陽的恆星擁有距離在數個天文單位範圍內的大行星，這些大行星的質量為0.2個木星質量到大約15個木星質量。 　　儘管在軌道平面相對於視線的方向上運用多普勒技術測量的質量還不太準確，但迄今為止探測到的絕大多數目標確實比恆星要小得多，大多數是類似於木星或土星的氣體巨行星。最近研究人員對一個恰好從其恆星前面(從地球上看)經過的目標進行了監測，發現這是一個質量稍小於木星而密度類似土星的發光氣體巨行星。 在目前被監控的這些恆星中，研究人員認為有一半以上可能擁有運行在更遠、更長周期軌道上的行星。他們認為，現在掌握的研究數據有力地表明了在宇宙中存在大量恰好小於當前探測極限的目標。但無論怎樣，我們至今還沒有找到類似於我們太陽系的星系。此外，已知巨行星與可居住的類地行星在形成和存在所需的穩定條件方面並不一致。 　　有人認為，這些結果意味著類似太陽系的星系非常少，但大多數科學家認為這是因為多普勒技術從根本上限制了尋找長周期軌道上的大行星。在對找到其他「地球」這一期望灰心之前，我們應當注意到，我們還沒有這種觀測能力來尋找類似太陽系的星系。 　　第二種間接的行星探測技術是尋找由於行星的存在而導致的恆星位置(天體測量)的擺動。NASA有兩個旨在探測行星的互補儀器：太空干涉儀和凱克干涉儀。太空干涉儀具有探測行星所需的極高靈敏度，可探測遠至30光年的恆星周圍1個～5個天文單位軌道上僅數個地球質量的行星。凱克干涉儀的靈敏度比太空干涉儀要低一些，但是由於它能運行長達25年，因此將能夠發現長周期軌道上天王星那麼大的行星。因此，太空干涉儀和凱克干涉儀將提供對附近數千顆恆星完整而又準確的探測數據，以便研究人員確定更類似我們太陽系的星系是例外情況還是常見之物。 直接探測的挑戰 　　 　　間接技術在尋找行星方面非常適用，但對這些行星的可居住性及其生命的探索則需要我們直接探測行星，並使用光譜分析來了解它們的物理和大氣條件。因此，類地行星探測器的目標是尋找並鑒定圍繞250顆最近恆星運轉的任何類地行星。這種探測將集中在由一定溫度範圍所確定的可居住地帶，在這個溫度下可能存在液態水，因此就存在生命形成的條件。類地行星探測器將對大多數有希望的候選行星的大氣層進行詳細探測，以了解它們的可居住性及其生命的光譜信號。 　　了解生命所需的條件並確定有可能的生物信號需要與生物學家、大氣化學家及地質學家進行緊密而持續的協作。NASA的很多專家已經在為行星探測器制訂觀測要求方面緊密合作。 　　距類地行星探測器第一次發射升空已經過去了十多年，而我們在擴展科學知識方面並非停滯不前。這些計劃的成果將幫助我們更好地完善類地行星探測器，例如計算出與可能擁有類地行星的最近星系間的距離。我們也開始考慮類地行星探測器以外的下一步措施，包括行星成像儀技術，它將提供類地行星探測器所發現的任何行星更詳細的圖像和光譜圖。

　　從未來20年看，NASA的「起源」計劃將會得出一些什麼結果呢? 　　我們將對圍繞數千顆恆星運轉的行星在周期(數天到數十年)、質量(地球質量至木星質量)和距離(數光年到數百光年)等方面進行完整的調查。我們將用這些事實與其恆星的屬性進行關聯，對控制行星系統形成和發展的物理過程進行更深入的了解。我們將能夠確認附近的哪些星系(如果有)會擁有類似於太陽系的星球，並具有穩定的可居住地帶。從這些信息中，我們將了解到太陽系是很常見的或者是很稀少的。而且，如果夠幸運的話，我們將可以找到一個或多個地方，那裡能夠出現我們稱為生命的複雜物理和化學過程。通過NASA的「起源」計劃，我們正開始回答人類歷史上最悠久的難題之一：我們是孤獨的嗎?

推薦閱讀：