发现了一颗“外星地球”？

作者: 南方周末记者 黄永明 2010-10-28 10:22:56 来源:南方周末

在一颗被观测了11年的恒星身旁，科学家最近发现了一颗新的行星。这颗行星是目前已知的大约500颗外星行星中第一颗可以支持生命存在的行星，且它距离我们非常近，只有20.5光年。

艺术家笔下的Gliese 581（格里泽581）和它的母星

用“衍射控像片”新技术直接拍摄到的绘架座β旁的行星

“百分之百”存在生命

史蒂夫·沃格特（Steve Vogt）搜寻外星行星的生涯已经有15年了，这与天文学家发现外星行星的历史一样长。沃格特的最终目标是发现另一个太阳系，其中包含像地球这样能够支持生命存在的行星。

为此，他和同事们累计观察了大约1500颗恒星，并对其中400颗进行了细致的观测。他为世界上最大的光学望远镜设计的高分辨率光学分光计大大提升了天文学家观察恒星、星系以及发现行星的能力。

最近，在一颗被观测了11年的恒星身旁，沃格特及其同事发现了一颗新的行星。这颗行星是目前已知的大约500颗外星行星中第一个可以支持生命存在的行星。

“它的体积和气温都与地球很接近。”美国加州大学圣克鲁兹分校天文学教授沃格特说，“这是一个潜在的人类可以登陆、在上面四处走动或是生活的行星，至少它允许生命的存在。”他们的这项发现发表在11月1日的《天体物理学报》上。

从天文尺度来讲，沃格特等人发现的这颗外星行星距离我们非常近，只有20.5光年。它环绕一颗名叫Gliese 581（格里泽581）的恒星运转。

格里泽581在过去几年里一直是天文学家搜寻外星行星的热点恒星。2005年，它旁边的第一颗行星被发现，其大小与海王星相近，半径大约为地球的四倍。这颗行星被命名为格里泽581b，它非常接近恒星，环绕一周仅需要5.4天。

随后，接连又有三颗行星被发现，它们中的一些最初被认为具有生命存在的条件，但很快又被否定。比如格里泽581c，其位置是处于“适合生存区”的，可后来的研究却认为它可能正在经历失控的温室效应。

一个行星如果要能支持生命存在，那么它必须允许水以液态存在。“所以你必须足够接近你的恒星，以便你的水不全是冰；但你又不能离得太近，不然水就会全部蒸发完了。”沃格特说。

这样一个并不宽的区域范围被称为“适合生存区”（HZ），一些人也把符合这个条件的地带称为“金发女孩区”。在格林童话《金发女孩与三只熊》里，金发女孩分别到三只熊的家里去喝麦片粥，第一家的粥太热了，第二家的粥太冷了，第三家的粥刚刚好。

在沃格特等人对格里泽581进行细致观测时，他们首先发现了格里泽581f，这颗行星看起来位于整个行星系统的边缘，环绕恒星运行一周需要433天。它的质量有地球的7倍，对于生命来说，它离恒星太远了。

格里泽581g是第六颗行星，它由沃格特和华盛顿卡内基研究所保尔·巴特勒（Paul Butler）共同发现。这颗行星的质量大约是地球的三倍，体积与地球很接近，可能只比地球大20％-50％。它围绕恒星运转一周花费37天，这表明它离恒星要比地球离太阳近得多。最重要的是，它恰恰位于“金发女孩区”的核心地带。

“在地球上，有液态水的地方就有生命。”巴特勒说。而沃格特在宣布他们的发现时把话说得更满：“我个人认为，就生命给点阳光就灿烂的习性来说，我的感觉是生命在这颗行星上存在的几率是百分之百。我对这一点几乎毫不怀疑。”

沃格特不仅对格里泽581g上存在生命的可能性十分乐观，他也认为我们银河系中存在大量适合生命的行星，我们星系中10％-20％的行星系统至少拥有一颗适合生命的行星。银河系中有数千亿颗恒星，这就让适合生命的行星的数量呈现一个十分可观的数字。

美国宇航局埃姆斯研究中心的行星科学家杰克·利绍尔（Jack Lissauer）评价沃格特等人的发现时说，“这是一大突破”。然而仅仅十几天之后，在国际天文联合会一个关于行星系统的会议上，瑞士的一组天文学家却提出，他们无法确认格里泽581g真的存在。

日内瓦天文台的天文学家弗朗西斯科·佩佩（Francesco Pepe）在给《天体生物学杂志》的信中说，他们收集了六年半的观测数据，能够很容易地从中发现格里泽581的前四颗行星，但是却无从发现f和g两颗行星。

这相当于给沃格特当头泼了一盆冷水。“百分之百”存在生命的那颗行星本身竟然可能就是不存在的。他对质疑所做出的回应是，无法评论佩佩等人的说法，因为对方的数据尚未正式发表。

不再被星光遮蔽

假如格里泽581g不但真实存在，而且上面还有生命，那么它们的生活环境也与地球上的有着重要的不同。格里泽581g所环绕的恒星是一颗红矮星，质量只有太阳的30％，亮度是太阳的1％。也正因为如此，格里泽581g到恒星的距离比水星到太阳还要近，却仍然处于适合生命区。

另外，格里泽581g是一颗自转周期和公转周期相等的行星，因而它永远都只有一面朝向恒星。我们的月亮也是由于相同的原因总是将一面朝向地球。

沃格特等人用于探测格里泽581g的技术并不算最新。实际上，假如外星智慧用相同的技术来观察太阳系，则它们很可能并不会发现土星以内的行星（包括地球）。最重要的原因是，恒星的亮度相对行星来说实在是太大了，可以达到后者的10亿倍，让后者完全淹没在自己的光芒之中。观测者很难直接看到行星，因而只能运用一些间接手段，这也是天文学家常常无法确认一颗行星是否确实存在的原因。

现在，一项新的技术有可能改变这种局面。在10月10日的《天体物理快报》上，一组国际天文学家报告他们在63光年外的恒星绘架座β旁直接观测到了一颗行星。他们在观测中使用了一种新研制的光学设备。

通常情况下，天文学家观测一颗恒星时得到的图案是，中心一片亮光，周围是星光衍射形成的“波纹”。行星可能就藏在那些波纹之中。

美国亚利桑那大学史都华天文台的约翰·科多纳（Johanan Codona）通过数学计算，发现了波纹的复杂规律；如果处理得当，可以用技术手段部分消除波纹，而让原有的星光完好无损。

天文学家们据此设计了一个止咳药片大小的红外光学玻璃，将它安装在望远镜的光路上。这片玻璃能够从恒星那里“偷”一点星光然后抵消掉一部分波纹。

就是运用这样的方法，这组天文学家直接拍摄到了绘架座β旁边的一颗行星。这颗行星是之前就被认为存在的，但未被直接观察到过。它的质量是木星的8到10倍，到恒星的距离是地球到太阳的8倍。

“这就像是你扎进海水里，然后从水下看太阳。水面的波浪弯曲了光线，让太阳和白云看起来都显得不一样。我们的光学系统以相似的原理工作。”瑞士联邦理工学院的参与者Sascha Quanz说。

以前天文学家使用日冕仪遮蔽星光时，需要非常精确的调校。而外部的小小干扰，如夜晚的微风就会毁了一张照片。现在这种被称作“衍射控像片”（Apodizing Phase Plate）的设备则完全不用考虑这些问题。它使天文观测的容易程度和效率得到大幅度提升。

史都华天文台天文自适应光学中心主任菲利普·辛兹（Philip Hinz）认为，目前已经被发现的大部分外星行星之所以都是超大质量的巨行星，乃是因为它们的质量和轨道让它们更容易被探测到，而这是片面的结果。

“你可以说我们寻找外星行星的进程是以寻找古怪太阳系为开场的。我们发展出的技术让我们能够找到质量更低的行星，大约木星质量的那种，它们才更加能够代表那边究竟存在什么。”辛兹说，“历史上第一次，我们具有了看一看周围的亮星，比如半人马α星，是否拥有巨行星的能力。”

有天文学家相信，这项新技术将使已知外星行星的数字迅速增加。目前Quanz等人的技术还只能每次消除一部分波纹，随着技术的改进，最终可能会做到一次性将所有波纹消除。

给外星行星直接拍照

外星行星观测在过去几年里是天文学研究持续的热点，技术进步也让天文学家从间接推断走向直接观察。现在，一些研究人员已经开始认真探讨未来外星行星观测的不同阶段。

法国巴黎－墨东天文台的让·施耐德（Jean Schneider）及其同事认为，在未来15－20年里，会出现两代用于探测外星行星的太空任务。第一代任务中的日冕仪的直径在1.5米到2米，第二代会达到8米以上。

在今年发表于学术期刊《天体生物学》的文章中，施耐德等人提出，未来对外星行星的研究分为两个方向：一个是调查更多的行星，确认那些可能的生物标志物；一个是深入研究我们已知的外星行星。

随着望远镜分辨率的增加，施耐德等人认为天文学家将能做到的事情包括，探测出巨行星所拥有的那些适合生命存在的卫星，以及对行星的直径进行直接的测量。

他们还提出，假如我们在2020－2030年间发现了一颗外星行星上存在生物标志物，那么接下来有两种思路。一个是直接拍摄到那些生物。他们假设那些生物的尺寸有 10米，而且位于距离太阳最近的恒星旁，需要直接拍摄到它们的望远镜的直径将相当于太阳的半径。这显然是不可能的任务。另一个方向就是制造探测器以0.3倍光速直接飞去拍摄最接近的行星。接下来便探讨了这种任务可能面临的种种障碍。

施耐德等人的这篇文章在《天体生物学》发表后罕见地引起了回应。伦敦大学地球与行星科学系的伊恩·克劳福德（Ian A . Crawford）认为施耐德等人夸大了用星际探测器直接拍摄外星行星的技术障碍，也高估了太空环境对探测器的威胁。施耐德显然并没有被说服，他又发了一篇文章进行反驳。

施耐德自己也承认“预测一个世纪及以后会确切发生什么，是自以为是的做法”，但他坚持一个悲观的结论：“不管是哪一种方案，看起来在花费几个世纪之前是不可能与外星生物建立直接的视觉联系了，至少在可以预见的物理和技术概念的框架之下是这样的。至于1000年后的物理，就无从预料了。我们因此被观念上的或是知识上的地平线所限制。”

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