美開普勒衛(wèi)星明日升空 三年內(nèi)或?qū)l(fā)現(xiàn)外星“地球”時間:2009-03-10 09:32 來源:未知 作者:環(huán)球科學(xué) steed編譯
接受《科學(xué)美國人》專訪時，NASA科學(xué)家艾倫•博斯表示，如果運氣好的話，開普勒衛(wèi)星應(yīng)當(dāng)能夠證明，僅在銀河系中就存在數(shù)十億顆可供生命棲息的行星。
開普勒衛(wèi)星升空前夕，開普勒科學(xué)團隊成員艾倫?博斯（Alan Boss）接受了《科學(xué)美國人》的專訪。
美國航空航天局（NASA）的開普勒衛(wèi)星，預(yù)計于北京時間
在美國華盛頓卡內(nèi)基研究院從事恒星及行星形成研究的行星科學(xué)家、開普勒科學(xué)團隊成員艾倫?博斯（Alan Boss）在一本新書中稱，這項任務(wù)將為尋找太陽系外的生命開啟一扇大門。他說，如果運氣好的話，開普勒衛(wèi)星應(yīng)當(dāng)能夠證明，僅在銀河系中就存在數(shù)十億顆可供生命棲息的行星，而在整個宇宙之中，類似銀河系的星系至少有十萬億億（10的21次方），多到無法盡數(shù)。我們就這本新書中的這一話題，對博斯進行了專訪。
以下就是經(jīng)過整理的訪談實錄：
《科學(xué)美國人》：你的新書名為《擁擠的宇宙》（The Crowded Universe）。這個書名有什么意義？ 這本書的主旨就是要證明，為什么有人會說宇宙中可能到處都存在著生命。我在這本書里提出的觀點就是，我們已經(jīng)知道地球之平凡可能令人難以置信――每一顆類似太陽的恒星大概都擁有幾顆類似地球的行星，或者大致如此。至少在我看來，如果有如此之多可供生命生存的星球存在了50億到上百億年，其中大部分星球上某些東西開始發(fā)展變化就不可避免。
如果這些星球上已經(jīng)出現(xiàn)了水，又有一些彗星攜帶氨基酸和其他能夠演化出生命的有趣化學(xué)物質(zhì)不斷落入其中，你又如何能夠阻止這些東西發(fā)展成某種形式的生命呢？
生命是一種非常頑強的東西，愿意在任何能夠落腳的地方扎根，我覺得只要一有機會，生命就會起源于任何地方。或許不一定有斯皮爾伯格電影里的那種小矮人，但一定會存在某些類似古菌或細菌的微生物。它們會產(chǎn)生并釋放氧氣和甲烷之類的氣體，而這些是我們可以在大氣層中看到的。我們也許無法確定一顆行星上是否存在智慧生命或者恐龍，但我們至少可以確定那里是否存在黏液菌。因此，我們打算去尋找黏液菌。
 開普勒衛(wèi)星外觀
 開普勒衛(wèi)星上的空間光度計（示意圖）
《科學(xué)美國人》：開普勒衛(wèi)星將于 我打賭，它會告訴我們地球其實相當(dāng)普遍。開普勒衛(wèi)星將花3到4年的時間來調(diào)查100,000顆恒星。我們預(yù)期，1,000顆類地行星當(dāng)中就會有一顆恰好可以從恒星前方經(jīng)過，遮擋部分星光，從而被開普勒衛(wèi)星察覺到。因此，如果每顆恒星都有一顆類似地球的行星，開普勒衛(wèi)星就將看到大約100顆外星“地球”。不過如果我們錯了，比方說，每100顆恒星才有一顆類似地球的行星，開普勒就可能只找到一顆“地球”――如果運氣不好，甚至連一顆也找不到。如果1,000顆恒星中才有一顆恒星擁有“地球”，那開普勒衛(wèi)星真的要非常幸運才可能有所發(fā)現(xiàn)。
開普勒衛(wèi)星即將調(diào)查的恒星有十萬顆，足以構(gòu)成一個具有統(tǒng)計學(xué)意義的恒星樣本，因此如果它真的發(fā)現(xiàn)了一些類似地球的行星，我們就會知道“地球”到底有多常見。這樣，我們才能知道如何去規(guī)劃下一階段的搜尋任務(wù)，也就是在鄰近恒星中尋找類地行星。開普勒衛(wèi)星調(diào)查的恒星全都在幾百光年以外，位于天空中的同一個方向。這就像我們先去研究另一座城市的一片街區(qū)，然后再回來調(diào)查我們的左鄰右舍。開普勒衛(wèi)星將告訴我們，必須搜查多少間“房子”，才能在我們周圍找到生命。
《科學(xué)美國人》：考慮到我們的地球是目前所知的唯一一顆“地球”，我們又如何來推斷到底應(yīng)該存在多少顆“地球”呢？ 首先，如果你跟研究年輕恒星的天文學(xué)家探討這個問題，他們會告訴你恒星形成的時候，它本身所攜帶的角動量只有一丁點兒，這意味著恒星不可能吸積所有的物質(zhì)，余下的物質(zhì)會在恒星周圍形成一個盤。從本質(zhì)上來說，這樣的物質(zhì)盤是恒星形成過程留下的殘渣，而行星系統(tǒng)正是在這些盤中形成的。事實上，所有的年輕恒星都擁有這樣的盤，因此我們預(yù)期這些年輕恒星擁有行星系統(tǒng)至少是有可能的。
其次，那些研究行星形成過程的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，要讓類似地球的行星無法形成實際上反而會比較困難。從某種程度上說，“地球”要比“木星”更容易形成，但外星行星普查已經(jīng)告訴我們，擁有“木星”的恒星在所有恒星中所占比例至少有10%，甚至可以達到20%。因此，“地球”的存在應(yīng)該更加普遍才對。
最后一條也是更加直接的證據(jù)：行星研究人員已經(jīng)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一類“超級地球”，它們的質(zhì)量是地球的5倍、10倍甚至15倍，到主星的距離也比地球到太陽近一些。在類似太陽的鄰近恒星當(dāng)中，1/3的恒星擁有這樣的“超級地球”。在人們談?wù)摰娜魏我环N行星形成理論模型當(dāng)中，“地球”的數(shù)目都應(yīng)該遠遠超過“超級地球”的數(shù)量，因此如果展開全面的行星普查，我們應(yīng)該會找到許多顆“地球”。如果在我們已經(jīng)調(diào)查過的恒星當(dāng)中，30%擁有“超級地球”，20%擁有“木星”，那就意味著我們現(xiàn)在還看不太清楚的外星“地球”其實存在于每一顆恒星周圍。這個說法很有說服力，從不同方面獲得的所有證據(jù)全都指向同一個觀點――“地球”其實相當(dāng)普遍。
 研究人員正在安裝空間分度計
研究人員正在做最后檢測
《科學(xué)美國人》：在最近一次談話中，我發(fā)現(xiàn)你對宇宙中到底存在多少顆“地球”做了一些粗略的估計。 是的，這是非常粗略的估計，而且相當(dāng)直接?；旧暇褪钦f，每一顆類似太陽的恒星都應(yīng)該擁有一顆“地球”，或者大致如此。我們銀河系中大約有1,000億（1011）顆恒星。其中大多數(shù)恒星質(zhì)量比不過太陽，許多恒星大概只有太陽質(zhì)量的一半，不過這些恒星可能也被“地球”環(huán)繞。我可以這么說，幾乎每一顆這樣的恒星都應(yīng)該擁有一顆類地行星，最多不過相差一兩倍。因此，我們銀河系中就擁有1,000億顆“地球”。
接下來，我們來討論整個宇宙。按照哈勃空間望遠鏡拍攝的深場照片，我又可以非常粗略地說，可觀測宇宙中也許擁有1,000億個星系。我還假設(shè)，這些星系擁有的行星系統(tǒng)與銀河系一樣，因為沒有任何特殊理由可以認為我們的銀河系會是一個特例。你或許會擔(dān)心橢圓星系和旋渦星系擁有的行星系統(tǒng)會相差大約兩到三倍，不過我們只是在粗略地估算數(shù)量級，這些差別可以忽略不計。
因此我可以說，宇宙中存在1,000億個星系，每個星系大概擁有1,000億顆恒星，也就擁有1,000億顆“地球”，因此宇宙中“地球”的總數(shù)大概是100萬億億（1022）――這個數(shù)字大得令人難以置信，卻又合情合理。即使恒星擁有“地球”的可能性只有我剛才假設(shè)的千分之一，宇宙中也還擁有1,000億億（1019）顆行星。1,000億億對你來說夠不夠大呢？我討厭說這個詞，不過這確實是一個不折不扣的天文數(shù)字―― 一個只有天文學(xué)家在討論宇宙時才有意義的、人類無法想像的巨大數(shù)字?；蛟S，我們投在經(jīng)濟刺激方案上的美元金額也能夠與之匹敵，一萬億美元的緊急財政援助正在向這個數(shù)量級靠攏。
《科學(xué)美國人》：如果我們對行星形成的假設(shè)沒有錯得離譜，開普勒衛(wèi)星要花多少時間才會發(fā)現(xiàn)外星“地球”？ 我猜，我們很快就會找到熱木星，也許頭一年就會找到幾顆熾熱的超級地球。不過類似地球的行星才是我們要找的真正財寶。這類行星圍繞類似太陽的恒星公轉(zhuǎn)，軌道周期大約是一年，因此你至少需要三到四年時間才能找到它們。
當(dāng)它第一次經(jīng)過恒星前方并遮擋部分星光時，開普勒衛(wèi)星會察覺到恒星亮度“變暗”了一次。你可以說“很有趣”，但這沒有任何意義。只有觀察到第二次“變暗”，你才能說“這看起來這像是一顆行星，兩次‘變暗’的時間間隔似乎是它的公轉(zhuǎn)周期”，不過你還要等待第三次“變暗”，看它會不會如期出現(xiàn)。如果又觀測到第三次“變暗”，你就可以松一口氣―― 一系列時間間隔差不多相等的‘變暗’很有可能是一顆行星造成的，不過你或許應(yīng)該更謹慎一點，等待第四次‘變暗’的發(fā)生。等到第四次“變暗”出現(xiàn)時，你已經(jīng)觀測好幾年了。
因此我覺得，我們會在2013年宣布發(fā)現(xiàn)外星“地球”。（環(huán)球科學(xué) steed編譯）
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