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源于:辽宁日报  2007-05-22 13:57:58
发现太阳系外的“地球”——访北京天文台研究员李竞

本报记者 周仲全

  太阳系是银河系中千千万万个星系中的一个。不久前,有天文组织称,在太阳系外又发现了一颗类地行星

  记者:不久前,有天文组织称发现了一颗类地星球:Gliese581c。请李老师谈一谈,为什么要叫类地星球?它是否适合人类生存?

  李竞:太阳系有两类行星,一类叫类地行星,一类叫类木(木星)行星。类地行星具有岩态表面;而类木行星是气态表面。两类行星完全不同。怎么造成岩态和气态的呢?因为它们的质量不同。类木就比类地的质量大得多。在太阳系来说,共有四个类木的行星:木星、土星、天王星、海王星。最小的天王星、海王星的质量也是地球质量的15倍,而木星是地球质量的318倍。而新发现的这颗行星质量根据估算和地球差不多。

  目前,我们对生命形态存在只知道地球型的,其他的生命形态还不知道。根据我们对地球型生命的认识,类木行星不是宜居星球,因为它是气态的,生命没有落脚点。而地球型生命,到现在我们知道只有地球有,其他星球还没有发现。但我们还孜孜不倦地在火星这样的行星上寻找生命,因为火星是类地行星。而这个生命,我们希望是我们熟悉的地球型的,但也可能不是地球型的,不是地球型的意味着什么呢?比如不怕冷、不怕热,或者他不需要水或氧气,我们希望能找到这样的生命,可是到现在为止,我们还没有找到。当然,有人认为有非地球型的生命存在,这种信念我也有。我也认为生命是多样性的,但到现在没有发现。如果你认为已经有外星生命到地球上来了,而且这个生命形态和地球生命形态完全不一样,那好极了,拿出证明来,但目前谁也拿不出来。

  记者:您概括地介绍一下这颗类地行星的总体情况。

  李竞:发现类地行星相当不容易。这次发现的这颗行星,质量是地球的5倍,很可能表面是固态。我更希望它就是。现在猜测会有水。为什么这么猜测呢?因为它的表面温度在0℃到40℃之间。这样如果有水,就可以变成液态。有液态水我们就会联想到生命。但到现在为止,关于上面是否有水并没有科学依据,我们只能说“上面可能有水”。而且我们猜测的生命也是地球型生命。

  记者:您为什么要强调发现类地行星不容易呢?

  李竞:自从有了望远镜之后,人类对太空的认知能力大大提高了。天文学家就想,难道太阳系是银河系中唯一的行星系吗?他们一致认为我们的太阳系有可能是银河系中千千万万个星系中的一个,也就是说,类似于太阳系这样的行星结构在宇宙中不是唯一的。当然在当时这只是一个哲学概念,并没有科学的证据。但要想证明还有行星系存在相当难。科学家们用光学望远镜,直接对着恒星找围着它转的行星是不可能的。

  记者:为什么?

  李竞:因为行星不发光,只是反射恒星的光。我们知道太阳系中最亮的行星是木星。我们假定飞到太阳系之外,比如飞到5光年之外的地方,我们架着望远镜回看太阳系,太阳在那么远的地方当然变成了一颗亮闪闪的星星了,可是我们能看到还有一颗亮的行星围着它转吗?这是妄想!

  为什么?假如在望远镜中木星的亮度相当于1瓦灯泡,那么旁边的太阳是2.5亿瓦的灯泡。相差太悬殊了。恒星的光芒万丈使它旁边的任何行星都黯然失色,湮灭在光芒万丈之下的萤火之光,根本看不见。

  目前发现的绝大多数太阳系外的行星都是类木行星。类木行星是气态的,不适合地球型生命居住

  记者:如此说来,天文学家是怎么找到行星的?

  李竞:既然认为在宇宙中许许多多的恒星周围有行星,就要证明。天文学家有办法,太阳系中的行星是围绕着太阳转,因为太阳的引力使得行星围绕着太阳转,但是行星也有质量,行星也影响太阳,而不被太阳吸进去,能保持着平衡。被行星的引力吸引,太阳也在动。引起太阳动的最大的一个天体是木星,所以太阳也跟着木星在动。这个“动”,天文学家就认为恒星周围有行星。我们可以利用发现那颗恒星的摆动来探索它周围是否有行星。目前测量行星周围的“动”可以精确到“米”级。

  记者:这可是更难计算的“量”级。第一次发现太阳系外行星存在是什么时候?

  李竞:1994年,物理学家研究恒星的光谱取得突破,光谱动使得谱线位移,谱线位移量可以精确到几十米。科学家当年就把这样的高新技术引入了天文观察,结果当年就有所收获,发现了有一颗恒星离我们大概50亿光年远,通过测量它的“动”,我们判断出来它旁边有行星。这就变成了1995年公布的1994年全世界十大科学进展中占第一位的发现。1995年人类终于把一个哲学信念变成了科学证明。在银河系中,就在我们太阳系的附近,有类似于太阳系这样的行星系统。

  随后就发现了第二个、第三个。到今天,在太阳系周围200光年范围之内已经发现了大概将近230个恒星有他们的行星或者行星系统。最近发现的类地行星就是最新发现的其中一个。但是发现的这些绝大多数都是类木行星。因为类木行星大,恒星受它的影响运动大、幅度大会被首先发现。如果它周围不是一个大的行星,而是一个类地行星,它也会动,动的范围每秒大概是2米到3米,这个精度对高新技术来说也很难。虽然已经证明了银河系统在宇宙中是普遍的。但大家更多的探索是看看有没有地球以外的生命,这是我们更遥远的目标,你找到了行星,已经迈进了一大步,但是你发现的行星可都是类木的,类木的是气态的,不会适合地球型生命的居住。

  记者:科学家是如何发现这颗类地行星的?

  李竞:这颗行星出现在天秤座。天秤座比较靠南。所以在南半球的高纬度看更恰当。发现这颗行星的天文台设在智利,是欧洲共同体在30年前联合出资在智利选台址建设的天文台,是现在世界上一流的天文台。为什么叫Gliese581号?Gliese是一个德国天文学家。他编了一个星表,里面是专门谈太阳附近恒星的。这个星表编号是第581号。早在2005年,欧洲这个小组就发现了Gliese581号恒星有行星。就是刚才我说的二百多颗行星中的一个。当时发现的那颗行星是类木行星,质量是地球的15倍,离这个恒星很近,几天就围绕这个恒星转一圈。而他们感兴趣的是,这个Gliese581恒星是一颗红矮星。我们的太阳在恒星大家庭来说是一颗黄矮星,表面温度是5000℃。而这颗红矮星的表面温度还不到4000℃,比起我们太阳光芒要浅得多。如果我们的太阳要换成红矮星,现在我们地球表面上的大海就全变成冰了。

  这是2005年发现的。后来科学家发现它不止一个行星,还有第二颗行星也是类木行星,质量是8个太阳,80多天围绕那颗红矮星转一圈。这个天文学家不感兴趣,这表示它的轨道半径很大、很长,太冷了,就不会有生命。最近又 发 现 第 三 颗 行 星 , 就 叫 做“Gliese581c”。根据计算,它有5个地球质量那么大。它13天围绕着Gliese581转一圈,它离恒星就非常近了。可是那颗恒星本身温度比较低,这样就算出来它的表面温度是0℃到40℃之间。

  记者:这就有存在生命的可能?

  李竞:第一,它是类地;第二,它的表面温度类似于地球。因此就进一步推论它上面很可能有水,有水就很可能有空气,而它的质量又使得它的空气不会散掉,就会有大气层。如果质量太小了即使有大气也会散掉。而它有5个地球的质量,足够把水保持住。温度也说明了,有水就会通过温度变成大气,有大气就会变成云。这样就引申出来,它可能是宜居的。

  如进行太阳系外星际旅行,需乘光子火箭,单程即要20.5年

  记者:其实,我们人类能上去的话,一切就全清楚了。

  李竞:我们想的浪漫一些的话,人可以上去看一看。可是,我要强调的是:“星际辽阔”,星际旅行绝非易事!

  我们现在所谈的一切关于天文的事情,都是在相对论的框架内,它离我们多远、上面情况如何、宇宙年龄多大、宇宙行为如何……统统是在相对论的框架内。相对论可是有一个限度的,这个限度就是不能有超光速。有人问了,难道宇宙中就没有超光速了吗?我不认为宇宙中就没有超光速,只是不是广义相对论的框架之内,那样的物理学现在还没有。既然在相对论的框架之内,咱们可就不能再谈超光速了。

  咱们要想进行太阳系外星际旅行,最快的速度就是光子火箭了,虽然实验室还没做出光速火箭,咱们将来的科技发展可以做到。我们要到Gliese581c上去,坐这种火箭,单程就需要20.5年。你到了那儿还得再赶紧回来,一去一回可就是41年啊。这太不容易了。所以人类还奢望到它那儿去进行开发、移民、旅游吗?

  所以,我说的星际旅行谈何容易?但并不是说不可以。不要认为星际旅行对外星人来说是轻而易举的事情,它们要想进行星际旅行,也不容易。

  记者:您总强调的“星际辽阔”是什么意思?

  李竞:打个比方,我们把太阳按比例缩小,把太阳缩成一个14.5厘米的球,把太阳摆在北京,离我们最近的一颗行星是半人马座比邻星,离我们4.2光年,这4.2光年我们也按比例缩小,半人马座比邻星比我们太阳小,按比例缩小它就会缩成一个5厘米的球。这个5厘米的球要摆在离我们的太阳多远的地方是4.2光年呢?得摆在离我们3800公里之外。你想象一下,一个14.5厘米的球,一个5厘米的球,它们中间有3800公里的距离。把Gliese581c放在哪儿呢?计算后,它得放在1.9万公里外。地球到月球的距离是38万公里,这个距离是其20倍,地球到月亮的距离的二十分之一的地方摆上一个20多厘米大的 Gliese581c,你要想在这儿坐光子火箭奔过去,你想想看,这个星际旅行是如何的艰难?

  目前我们只能以已知来寻找未知。四十多年来,天文学家一直在设法接收“外星人”的讯号

  记者:在网上有一个小调查“您认为多少年后人类将移民外星球”,其中有41%的人认为1000年后我们才可以达到移居外星球的愿望。您怎么看待这个问题?

  李竞:如果是移居太阳系内的星球,可用不了那么长时间。由于我们现在已经具备了可以登陆火星的技术条件。当然登火星并不容易,登月亮走近道的话3天没问题。现在的情况,月亮不是宜居的,必须得有一个人造的环境才能在那儿工作。虽然70年代有12人次登月,但只能在上面呆几个小时就赶紧回来。要想真正在上面进行科研、在上面居住,科学家还有大量的工作要做。而登陆火星就更难了,用现有的火箭和飞船,单程大概得用半年时间。并不是说到那儿以后你马上就回来,这不行。因为地球也在动、火星也在动,你走个近道儿到火星了,到达火星这半年之后,地球动了,你要马上回来走的路就要远得多。你还得等地球跟它间隔最近的时候,经过半年回来的时候再凑一个最近的道儿。所以一来一往,到火星上怎么也得一年半。将来火箭再改进,也许时间能缩小。但是要想到火星上去,火星条件和地球不一样,它比地球的引力小得多,直径也小,地球人到了那上面也是身轻如燕了。最主要的是科学家必须制造一个人造环境,才能实现地球人的居住。但这项工作太难了。所以,我们要做的是,在太空建个宜居的空间站,然后再到月球建一个,最后才是研究去火星的事。但根据现在的科学进展,几十年之后移居火星应该是可以做到的。

  刚才的提问是登陆太阳系外星球,那就更远了。但1000年这个时间,我认为网友们有些太悲观。

  记者:那您估计多少年呢?

  李竞:我没这个本事对它做估计。反正看来,在二十一世纪要想飞出太阳系,不是一件容易的事儿。看来好像也没有这么迫切的需要,因为现在咱们连太阳系还没有征服呢,得一步步走。人类如果能够平安地、有效地登上火星,那真是二十一世纪的大事儿。在这样的基础上再总结经验,那时候的高科技才能把人类带出太阳系。最后我还是想说这句话,星际辽阔。这个事情在我们面前,我不能说是不可逾越,但是必须要非常重视的一个客观事实。

  记者:我觉得,我们现在是以地球人现有的认知能力和标准来寻找外星人,这样做是否会存在误区呢?外星球有没有可能存在着我们不能理解的一种生命形式?

  李竞:地球人在宇宙中是孤独的呢?还是朋友遍天下?现在大多数天文学家认为地外生命,乃至于地外文明是宇宙中的普遍现象。正是因为这样,才去探测。他们认为在宇宙中,无论在哪儿,只要那个地方适合于生命的起源和演化,那个地方终究会出现生命。当然了,要想出现生命,不是任何天体都可以,必须是适合的。要想找地外生命和地外文明,到恒星上是不行的。所以只能在行星上找,如果那个行星上具有生命起源跟演化的条件,就总会诞生出生命。这就是一个哲学信念。这个哲学信念确实是有科学依据的,但是没有科学证明。

  从1976年开始到现在我们一直在火星上寻找,“勇气号”、“机遇号”超期服役,其中一个目标倒不是希望找到生命了,已经退居为希望找到生命化石,是否有非液态水,如果找到了非液态水,也许意味着在过去几十亿年中,火星上有过生命。

  我们要探测就必须有出发点,这个出发点只能根据已知的东西来做。所以我们希望从已知来找到未知,这样就把未知变成已知了。我曾经遇见过一个做电影美工的,他问过我,在电影画面中出现外星生命有没有限制?我说,你随便怎么想都可以,因为没有人知道它究竟是什么样儿,所以无论你是弄成有眼睛、没有眼睛,有五个眼睛、三个鼻子,都随便你。一点儿限制都没有。

  记者:有没有可能外星人也在找我们?

  李竞:外星球既然有生命起源和演化,那儿的生命终会从低级到高级,从高级变成有文明,从文明变成有科技文明。有科技文明那就是外星人了。掌握了高科技的外星人,也会像我们一样去寻找他们的“外星人”。外星人也会向我们发讯号“地球人你好吗?”天文学家就设法来接收这些讯号。这些事情从上个世纪六十年代起到现在已经做了四十多年了,一直在做着。当然了,到现在还没有搜索到,但是没有搜索到并不等于没有,所以科学界还在执著地进行搜索。



太阳系外已发现7颗类地行星



  迄今为止,天文学家已经在太阳系外发现了约220颗行星,其中有7颗结构类似于人类的地球。在这7颗类地行星中,有2颗非常寒冷,剩下的4颗由于距离其恒星太近而几乎没有存在生命的可能性。

  1998年7月,新西兰和日本的天文学家组成的国际研究小组发现第1颗类似于地球的行星。该行星距离地球2.5万光年,位于银河系中部,其直径与地球相近而稍大于地球,质量可能介于地球与海王星之间,即比地球稍重,围绕着1颗热度与太阳一样的中央天体运行。

  2000年,美国天文学家在太阳系外发现了2颗类地行星,即人类发现的第54和第55颗系外行星。这两颗行星围绕着两颗恒星运转,组成了代号为CM德拉科尼斯的行星系。它们的直径可能达到16900千米,与地球直径12756千米较为接近。

  2006年1月,天文学家宣布又发现了一颗遥远类地行星,这颗行 星 编 号 为OGLE-2005-BLG-390Lb,其质量约为地球的5.5倍。它围绕一颗离地球2.8万光年、靠近银河系中心的普通红矮星运转。它是迄今发现的太阳系外行星中最小的之一,也是与地球最相似的。由于其红矮星非常暗淡,行星表面温度可能低达-220℃。

  2006年3月,天文学家发现的类地行星距离太阳有9000光年,新行星的质量与海王星相当,它的星核上也布满了悬崖峭壁,但它的大小是地球的13倍,其重力场的强度是地球的2倍。专家称,这颗行星是他们在太阳系外发现的最寒冷的行星之一,其表面温度达-184℃。

  2007年1月,美国卡内基学会的一个研究小组发现格里斯876类地行星。格里斯876的质量约为太阳的1/3,是地球的5.9到7.5倍。这颗新发现的行星的表面温度大约在205℃至400℃之间。

  2007年4月,欧洲天文学家宣布发现一颗新类地行星,编号为Gliese581c,位于离地球不远的天秤座,质量是地球的5.5倍,大小是地球的1.5倍。它围绕距地球大约20.5光年的编号为Gliese581的红矮星旋转,距该红矮星的距离大约为地球距太阳距离的1/14。由于红矮星比太阳小得多、暗得多,也冷得多,科学家推测,这颗新行星的平均温度大约在0℃至40℃左右。在这种温度条件下,水可以保持液体状态,也比较适合生命生存。

  天文学家称,种种迹象表明,宇宙间存在的类地行星早已远远超出了人们以前猜测的数量。仅在我们所处的银河系中,就约有1/3的恒星系统拥有类地行星。