帶球流浪太瘋狂 不如尋找新地球
2019年02月08日13:07

  大年初一,你看了這部華語科幻巨作嗎?《流浪地球》深深觸動了小編,硬科幻包裹著柔情感,2500年的宇宙流浪之旅,無數人挺身而出,上演了可歌可泣的傳奇故事。感動的同時,也引發了小編的思考。未來的某一天,地球面臨滅頂之災時,我們真的要帶著地球在宇宙的星辰大海中流浪嗎?在中國科學院國家天文台苟利軍研究員關於尋找外星生命的演講中提到,有這麼一些系外行星或許能支撐生命的生存,它們有沒有可能成為第二個、第三個地球?

  來源:“SELF格致論道講壇”公眾號

  文:苟利軍 (中國科學院國家天文台研究員)

  “有兩種東西,我對它們的思考越是深沉和持久,它們在我心靈中喚起的驚奇和敬畏就會日新月異,不斷增長,這就是我頭上的星空和心中的道德定律。”

   ——康德

  追逐宇宙的歷史

  今天,人類對星空的瞭解已經非常多了。但在600萬年前,人類出現在這個星球,我們僅擁有一雙裸眼,利用有限的視力範圍尋究宇宙的奧秘。

  我們能看到太陽從東邊升起、西邊落下,月球等星球圍繞著地球繞轉,所以兩千多年前,希臘的哲學家提出“地心說”。

  不僅如此,他們試圖撥開宇宙的最外層,一探宇宙真正的運行奧秘。但當時人類接觸的範圍非常有限,水是當時主要的運行動力,所以當時認為水是驅動整個宇宙運行的最主要的能源之一。

  1609年,意大利科學家伽利略發明了一個望遠鏡,一個偶然的機會,他在夜晚將這個非常簡陋的望遠鏡指向天空,看到了原以為非常完美的月球表面原來是坑坑窪窪的,而且在木星的周圍發現了很多衛星。

  這些衛星並不圍繞地球繞轉,這些發現打破了原來的“地心說”,支援了太陽是宇宙中心的學說——“日心說”。

  自此之後,在伽利略望遠鏡的基礎上不斷改進,望遠鏡越造越大,人類看到的距離也越來越遠。除了最早知道的金星、木星、水星、火星、土星,還發現了海王星、冥王星等其他天體,太陽系邊緣也存在著非常多的小行星。

  更進一步,我們知道太陽系圍繞著銀河系中心繞轉,在銀河系中發現了越來越多非常美麗的天體、各種各樣的星雲。因為我們不知道它們的距離,所以不能區分這些天體是位於銀河系之內還是銀河系之外。

  相當長的一段時間,大家都在爭論,銀河系反映了整個宇宙,還是銀河系也只是整個宇宙中一個小小的天體。這個爭論從伽利略發明望遠鏡開始,一直持續了幾百年。

  直到上世紀20年代,美國天文學家愛德文·哈勃利用2.5米的望遠鏡觀測到距離地球最近的星雲——仙女座星雲。

  測量後發現,它的距離遠比當時所知道的銀河系的尺度大很多,從而確認了仙女座星雲是銀河系之外的另外一個星系,銀河系只是整個宇宙中的一個小天體。

  到目前為止,通過各種手段,在望遠鏡、探測器的幫助下,人類知道宇宙誕生於138億年之前,宇宙的尺度大約是1000億光年,非常浩瀚和廣大。但整個宇宙包含多少個星系?在哈勃之後,非常長的一段時間內沒有人能夠解答這個問題。

  直到1990年,美國的哈勃望遠鏡發射升空才得到答案。1995年12月,哈勃望遠鏡連續對天空中的一個看似沒有任何天體的區域進行了長達10天的連續觀測,得到了下圖。

  圖中的斑點不是恒星,每一個或小或大的斑點都反映了一個或近或遠的星系,類似於銀河系。通過計算,天文學家知道宇宙當中包含著千億個星系,每個星系中又包含著千億顆恒星。最終,整個宇宙大約有1022 個恒星。

  這個數字非常龐大,難以想像。做一個簡單的比較,去海邊會看到沙灘、沙粒,地球上有多少沙粒呢?整個地球只有1018 粒沙子。宇宙中恒星的數目要比地球上的沙粒大得多,可見宇宙是多麼浩瀚。

  1977年,旅行者1號探測器在美國佛羅里達州發射升空,曆經13年的飛行,於1990年到達距離地球大約60億公里的位置。60億公里是什麼概念?大約飛行到了太陽系邊界的一半距離處。

  下圖是旅行者1號拍攝的照片,有一個小小的、白色的圓點,這就是地球。後來被美國天文學家卡爾薩根稱為“暗淡藍點”的星球。

  探尋地外生命

  所有人類、所有生物都寄居於地球,但對於整個宇宙而言,我們的星球非常渺小,如同宇宙當中懸浮的一顆塵埃,隨時都有可能被一股風整個摧毀掉。

  宇宙中有非常多的恒星,每個恒星周圍有可能存在著類似於太陽系的系統,那麼,宇宙中的其他星球會不會也存在著類似人類的智能生命?我們在宇宙中是不是孤單的?

  關於外星人的流言

  這個問題自上個世紀初已經被不斷的追問,關於外星人的流言也非常多。比如上個世紀,美國綠岸望遠鏡的基座突然有一天倒塌了,當時新聞記者非常興奮,可能是外星人做的,不想讓地球人發現它們。

  還有一些其他的傳說,地球人被外星人劫持用做研究,最後又被放回地球;美國的科技為什麼這麼發達,因為有外星人的幫助,外星人被劫持到美國的51區用作研究……

  這些說法都是杜撰的。地球上是不是真的有外星人?馬雲在短短幾年時間之內打造了世界上最強的商業帝國之一,我們通常把他稱為“外星人”。

  所以,我們給一個人“外星人”的稱號,主要說明他的能力在某個方面要遠遠超過大眾。真正的外星人其實並不存在。

  對地外生命的科學思考

  對於外星人真正的科學思考源於上世紀50年代,美國科學家費米有一天和同事吃午飯時,大家都在談論外星人的事件,作為知名物理學家的費米認為,如果真正存在外星人,我們可以簡單的估算外星人被看到的概率有多大。

  結果他發現,如果真的有外星人存在,我們看到它們的概率是非常高的。但實際上,除了這些杜撰的傳說,並沒有非常可靠的關於外星人的說法。

  費米這一發現被稱為“費米悖論”。對於費米悖論也有非常多的說法。有人說外星人如果能夠造訪地球,說明它的科技非常發達,那它有可能把自己隱藏起來,不被地球人看到。

  費米的思考也激勵了非常多的天文學家,康奈爾大學的教授Frank Drake經過對費米悖論認真且嚴肅的思索後,寫下了德雷克方程。

  這個公式包含了非常多的因素,簡單而言分為兩大類:什麼樣的地方可以尋找到智能生命;什麼樣的因素會影響智能生命的產生。

  德雷克也做了一些非常實際的行動,創立了“搜尋地外文明計劃”(SETI),總部位於加利福尼亞大學伯克利分校。自60年代起,他一直利用各種射電望遠鏡對太空中的生命進行搜尋。

  此外,他也提出應主動發射一些信號,主動聯繫外星人。於是,1974年,他向一個球狀星團發射了一束信號,這個球狀星團距離地球大約25000光年。

  70年代到現在也僅僅40多年,這個信號還在傳輸的過程中,大約還需要2萬多年才能達到那個星球。如果那個星球之上真的有生命,還需要非常長時間的等待。

  哪些地方可能成為人類的歸屬

  地外生命肯定是存在於行星之上的。經過幾十年的努力,天文學家在90年代初終於尋找到了第一批地外行星,到目前為止已經發現了3758顆系外行星,其中2335顆由美國的開普勒探測器發現,它也因此被譽為“行星獵手”。

  這麼多行星,是不是所有行星都能支撐生命的存在?當然不是。目前為止,太陽系中只有地球是有生命的。那麼,什麼樣的星球能夠具有生命?根據目前對地球生命的瞭解,只有存在液態水的星球上才可能有生命。

  由此推斷,這個星球肯定不能距離中間的恒星太近,太熱導致所有的液態水都變成了氣態。太遠的話這個星球肯定又非常寒冷,也不能支撐生命。所以,這個星球必須處於合適的位置,下圖綠色的區域是非常有可能誕生生命的區域,叫做“星球的生命區”。

  目前為止,科學家已經發現了一系列位於這個區域中的的行星。2016年,在比鄰星的周圍發現了一顆類似的行星,其位置剛好位於恒星的生命區中,有可能支援生命的存在。比鄰星是距離地球或者是太陽最近的一顆恒星,只有4.2光年,因此稱之為“比鄰星”。

  2017年,科學家發現了另一個這樣的系統,距離地球大約40光年。這次不僅發現一顆行星,而是7顆類似地球的行星,而且大小相近,將其命名為“葫蘆娃系統”。這個系統中有3顆行星位於生命區系統當中。

  到目前為止,在3000多顆系外行星中,共發現12顆行星有可能支援生命的存在。這些行星將是接下來科學家的重點考察對象。

  追尋地外生命的進展

對於生命的尋找,最簡單的方式是直接過去這個星球上到底有沒有生命,但對於太陽系,目前除了月球,人類無法到達其他星球。所以可以通過發射探測器探究到底有沒有生命。

  下圖中圓圈的個數反映了人類對於某個星球的探索次數。圓圈的多少與距離成正比,越近的探索次數越多,越遠的探索次數越少。越遠的地方需要的能量、花費的經費越多,這也限製了人類對遙遠星球的探索。

  所有星球中,我們最感興趣的星球是火星。根據天文學家及其他科學家的研究發現,火星在幾十億年之前非常類似於地球,它的自轉軸跟地球完全一樣,也傾斜23.4度。這意味著火星應該存在著明顯的四季變化。

  隨著航天技術的發展,人類對火星的探測已多達40、50次。但遺憾的是,儘管我們發射了非常多火星探測器,到目前為止,並沒有在太陽系當中探測到任何生命的跡象。

  多數探測活動由政府支援,歐美國家也有一些商人支援對於生命的探測活動。俄羅斯的富商尤里·米爾納,聯合Facebook創始人朱克伯格成立了突破基金委員會,資助了好幾項生命探測計劃。

  其中一項叫“攝星計劃”( Starshot),利用非常微小的、納米級的探測器,以1/5光速的速度呢發射到距離地球最近的比鄰星,利用大約20多年的時間到達比鄰星,探測這個星球上有沒有外星生命的存在。

  但這項計劃最大的難點在於,其速度要加速到1/5光速,也即每秒鍾達到6萬公里。現在的航天技術是遠遠不可能達到的,目前最快的航天器的速度也只有70km/s左右。所以,這項計劃還至少需要20、30年發展。

  這個基金委員會還支援了“突破傾聽”計劃,於2016年正式啟動。有了基金委員會的支援,SETI引進了一些最先進望遠鏡,比如澳州口徑64米的Parkes望遠鏡,美國口徑100米的綠岸望遠鏡,中國口徑500米、世界上最大的單口徑射電望遠鏡FAST。

  到目前為止,遺憾的是並沒有搜尋到任何外星生命的跡象。但我們相信外星生命應該存在於宇宙當中的某個角落。人類誕生於600萬年前,整個地球存在了40多億年,期間90%的生物經曆了從誕生到消亡的過程。

  人類也面臨著類似的命運,根據科學家的估計,大約再過200萬年,地球的溫度以及環境不再適合人類的居住。所以,我們的未來肯定在宇宙的星辰大海中,我們目前所做的就是為人類的未來做準備。

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