一大波宜居行星來襲，最近的也有50光年

我們在宇宙中是否孤獨？從古至今，這始終是個謎題。曾幾何時，人類認為「天外有天」，居住著神仙和天使。而今，人們早已知道，自己所居住的地球和所處的太陽系，在宇宙中並不獨特。

要探索太陽系之外是否有和人類一樣的生命存在，首先要知道是否有和地球一樣可以支撐生命存在的行星。雖然以碳-氫-氧為基礎的生命形式，未必是生命存在的惟一形式，但畢竟這是目前人類惟一知道的模板。

為了找到適合孕育生命的星球，科學家提出了「宜居帶」（habitable zone）的概念，即一顆恆星周圍的一定距離範圍，在這一範圍內，水可以液態形式存在。如果一顆行星恰好落在這一範圍內，那麼科學家就認為它有更大的機會能夠承載生命，或至少擁有生命可以生存的環境。

自1995年人類發現第一顆圍繞其他「太陽」運行的系外行星，至2016年5月之前，科學家們總共已發現2000多顆系外行星，其中包括12顆處於宜居帶內。

2015年9月，美國國家航空航天局（NASA）曾發布重大消息，宣稱找到了一個地球的「表兄弟」——開普勒452b。這顆位於天鵝座，距離地球1400光年的類地行星，與地球的相似度達到98%，直徑約為地球1.6倍，公轉周期為385天。

開普勒-452b想像圖

換句話說，我們即便以光速要到達這顆行星，需要幾十代人的時間，我們現在看到的來自這顆行星的消息，發出的時候，我們還處在唐朝。

根據開普勒452b所處的氣候歷史階段，這顆遙遠的星球是個比地球大一號、年長一些的「表哥」，上面未必適合生命居住。目前，人們對這位「地球表哥」仍所知甚少。甚至連它的質量，星球主體及大氣構成的主要成分也不知道。

尋找還在繼續。不到半年，NASA再爆大新聞：2016年5月10日，NASA宣布發現1284顆系外行星，其中有9顆處於宜居帶內。根據大小判斷，這1284顆行星中約550顆很可能是與地球類似的岩石行星。

這個發現使已知的系外行星翻了1倍，超過了3200顆，這其中2325顆的發現歸功於開普勒太空望遠鏡，同時，已知的宜居帶系外行星也增至21顆。搜索能力的迅速提高，是否意味著人類找到另一個地球的速度會明顯加快？另一個存在生命的「地球兄弟」何時出現？

半個世紀的尋找

科學家追尋太陽系外類地行星的行動，從上世紀60年代就開始了。當時，美國康奈爾大學的天文學家弗蘭克?德雷克（Frank Drake）以著名童話《綠野仙蹤》里奧茲國公主的名字，將尋找地外文明的計劃（search for extraterrestrial intelligence，縮寫SETI），命名為「奧茲瑪計劃（Project Ozma）」。他使用位於美國西維吉尼亞州的射電望遠鏡，嘗試接收地球之外文明世界發出的無線電信號。

工作近200個小時後，他們的確發現了8個很強的信號，當時有些人還因此激動不已，可是深入研究以後卻氣餒了——原來這些信號都來自地球。

「奧茲瑪」和「奧茲瑪Ⅱ」計劃後，世界各地又進行過多項搜索地外智慧生命的計劃，均希望從不同頻率上收聽外星文明發來的信息。

1999年，著名的SETI@home計劃開始進行，這項計劃號召全球的個人電腦參與到外星信號的分析工作中來，至2005 年關閉，共有超過500萬名志願者參與進來。

雖然一無所獲，德雷克提出的「綠岸公式」卻在後續尋找外星文明的進程中一直沿用，這個方程用以推算大量恆星中存在文明的可能性。根據他自己的推算，在銀河系的2000億恆星系統中，大約有上萬個擁有先進文明的星球，也就是說，大約在2000萬個恆星中有1個先進文明的星球，其中最近的文明星球可能距離地球約1000光年。

此後，其他科學家也曾套用這個公式，推算出自己認為正確的結果。以太空題材作品聞名於世的科幻作家艾薩克?阿西莫夫（Isaac Asimov）認為，銀河系大約存在50多萬個文明星球。著名宇宙學家卡爾?薩根（Carl Sagan）的推算則是，銀河系有超過100萬個文明星球，在離地球1000萬光年到2000萬光年的範圍內大概就能找到其中一個。

SETI計劃的負責人塞斯·肖斯塔克（Seth Shostak）曾經在一次會議上對我保證，到2030年，SETI的搜索範圍可以擴大到2000萬光年，屆時人類肯定可以找到其他文明發來的信號。

歷經資金緊張的危機，SETI計劃最終得以延續，其支持資金的一部分來自《超時空接觸》的主演朱迪?福斯特，還有一些前宇航員。

朱迪?福斯特

被動接受外星信號，不如主動去尋找。早在SETI計劃中，澳大利亞新南威爾士州的帕克斯64米射電望遠鏡觀測了200光年以內約1000顆鄰近的類日恆星，但是他們找到的系外行星，幾乎全由熾熱的氣體組成，而不是由岩石和礦物組成的類地行星。

什麼樣的行星可能存在生命？

要尋找一個可以支持類似地球生命的類地行星，液態水或其他形式的液體是最基本的條件，而像碳、氫、氧、氮、硫、磷、鈣、鐵等物質，在任何有地質活動的行星上都很容易找到。

另一個必要條件是化學不平衡，這種不平衡的存在，以及不斷恢復平衡的過程提供了新陳代謝必需的能量。

一直以來，水被認為是生命的基石。水可以充當大多數無機鹽和葡萄糖等極性分子的溶劑，但無法與油和脂肪類分子相互混合。正是利用不同生物分子的親水、厭水性質，生命過程中的許多關鍵反應才得以完成。

因此，在過去數十年中，尋找液態水一直被NASA以及主流科學家看成是尋找外星生命所遵循的最重要原則。

尋找外星生命的第一步，就是尋找有水的地方，這也是人類正在做的。截至目前，火星和歐羅巴（木衛二）上都顯示曾經有水，或者現在仍有水存在的跡象。

掃出宜居星球

尋找水，並尋找可能存在液態水的行星，是尋找地外生命的第一步。

所謂「宜居帶」，就是指恆星周圍的一定距離範圍，在這一範圍內水可以以液態形式存在，如果一顆行星恰好落在這一範圍內，那麼它就被認為有潛力擁有生命，或至少擁有生命可以生存的環境。

2015年9月，NASA公布的「開普勒-452b」是迄今為止人類所發現的太陽系外位於宜居帶上體積最接近地球大小的行星，這是在尋找太陽系外「第二地球」道路上的重要里程碑。然而，這顆行星距離地球遠達1400光年，人類如果要到達那裡，即便以光速行駛，也需要幾十代人的時間。

距離地球最近的宜居星球，目前是50光年外的Gliese163c，它位於劍魚座，其質量約為地球的6.9倍，圍繞其中央母恆星Gliese 163的公轉周期約為26天。

Gliese 163與地球的相似指數達到0.73，火星為0.66

尋找太陽系外行星最大的困難，是行星本身不發光，反射的信號極其微弱，並且，恆星的光芒比周圍行星亮100萬到100億倍，必須屏蔽掉恆星的光亮才能突出行星的特徵。

實際上，NASA找到的這些行星都不是直接觀測到的，而是天文學家通過觀測恆星的亮度變化推斷出來的。

這種方法稱為「掩星法」。行星圍繞恆星旋轉時，每轉一圈就會從恆星前經過一次，恆星的光也會被遮擋住一點。外界看來，這顆恆星就會周期性地變暗一點，從而推斷出這顆恆星周邊存在一顆繞其運轉的行星。

過去，科學家尋找系外行星時，要對不同的恆星用「掩星法」逐個分析，一次只能發現一顆或少數幾顆。但近幾年來，用一顆恆星通常有多顆行星繞轉的特點，科學家開發出「多重確認」的統計學技術，使得一次性「大批量」確認系外行星成為可能。

5月10日，NASA召開的電話記者會上，普林斯頓大學副研究員蒂莫西·莫頓（Timothy Morton）說：「今天，我們宣布開普勒任務發現1284顆新的行星，這是迄今一次性宣布發現系外行星最多的一次。」

這一發現使得太陽系外已知行星的總數翻了約一番。至此，人類已確認的系外行星超過3200顆，其中僅開普勒太空望遠鏡就發現了2325顆。

「這次我們可以說，銀河系中宜居的星球真的有很多。」NASA戈達德空間研究中心的首席科學家帕蒂·博伊德（Padi Boyd）表示。

NASA首席科學家埃倫·斯托凡（Ellen Stofan）評價說，這項發現給人們帶來希望，在宇宙中的某個地方，類似太陽的某顆恆星周圍，我們終將能找到另一個地球。

NASA之所以能一次發現如此多系外行星，得益於一個名為「Vespa」的軟體系統。這種方法同時應用於多顆候選行星，快速自動地計算其為行星的概率，概率超過99%的被認定為行星。

按莫頓的話說，候選行星就像麵包屑。地板上掉的大麵包屑還能一顆一顆撿起來。但如果是一大批細麵包屑，就得用掃帚掃，而新型統計分析方法就是他們的「掃帚」。

莫頓與同事利用「掃帚」分析了開普勒空間望遠鏡2015年7月的行星候選目錄，在望遠鏡發現的4302顆太陽系外行星候選者中，有1284個是行星的可能性超過99%，另外1327個候選者是行星的可能性也很高，但未達到99%，尚需進一步研究。

不過，「宜居帶」的概念只是根據行星離恆星的距離來推斷行星本身的狀況，並不能確定這些行星的基本「宜居指標」。例如，這些行星是不是岩石行星、表面溫度到底是多少都還是問號。

影響一個行星宜居性的因素包括，其所環繞恆星的類型、年齡、活動性，行星質量、行星公轉軌道以及系統中其他行星的軌道，清華大學地球系統科學研究中心田豐教授說。

田豐認為，目前人類僅對地球這一個宜居行星的表面圈層有了解，就連比較了解的火星也不算宜居行星。因此，科學家對其他宜居行星沒有認知，判斷一個行星是否宜居有很大的不確定性。

「我傾向於稱呼它們為『有宜居可能的行星』（potentially habitable planets）。」田豐說。

後開普勒時代

2009年3月6日，世界首個用於探測太陽系外類地行星的飛行器——開普勒太空望遠鏡發射升空。在三年半的計劃任務期內，開普勒太空望遠鏡對天鵝座和天琴座中大約10萬個恆星系統展開觀測，以尋找類地行星和生命存在的跡象。

中間是天鵝座，右側織女星所在的星座為天琴座

目前，開普勒太空望遠鏡已經超期服役四年多，但是它找到的候選行星大多數都是體積巨大的氣體行星，只有很少一部分體積上與地球相近，而且現在還無法確定這些行星具體的狀況。

NASA總部天體物理分部主管保羅·赫茨（Paul Hertz）說：「在開普勒太空望遠鏡發射升空之前，我們不知道系外行星在銀河系中是否常見。多虧開普勒太空望遠鏡研究團隊，現在我們知道的行星數目可能超過了恆星。這些認識告訴我們，想要回答我們在宇宙中是否孤獨這個問題，還需未來更進一步的探測任務。」

田豐教授說，判斷系外行星是否是岩石結構主要是靠平均密度。目前，科學家可以通過光譜觀測確定部分類木系外行星的部分大氣成分，這些行星與木星相似，為體積較大的氣體行星。而對類地系外行星，即與地球類似的岩石行星來說，大氣觀測目前很難，未來也許能夠實現。

接下來，將有更多望遠鏡出征太空，尋找可能的生命跡象。

赫茨表示，他們的終極目標是探測這些行星的光譜，分析是否存在水蒸氣、氧氣、甲烷或二氧化碳，以判斷是否存在生物系統。

NASA計劃新發射數個太空望遠鏡，包括比哈勃望遠鏡鏡面大出3倍的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）以及掩星系外行星巡天衛星（TESS），它們分別定於2018年以及2017年發射升空，屆時將攜手搜尋宜居行星。

歐洲航天局計劃2024年發射的Plato2.0空間衛星，則主要針對搜尋K型和太陽類型恆星周圍的疑似宜居行星。

根據此前的計劃，2020年前，NASA還發射「類地行星發現器」（TPF），包括TPF-C和TPF-I兩個類地行星搜索器，通過紅外和可見光波長範圍內的聯合觀測，發現類地行星並探測行星大氣中的化學成分。

如果TPF可以發現類地行星中的生命跡象，美國航空航天局將在2020年以後申請更強大的望遠鏡，以確認和拍攝行星上的生命特徵。

此外，美國還將和歐洲空間局合作，發射自由飛行干涉儀，採用相距一個足球場距離的兩台天體望遠鏡，將信號進行綜合，把明亮的恆星從圖像上去除，而圍繞恆星旋轉的行星所反射的光可以不同的路徑通過望遠鏡的光學系統，在圖像上留下痕迹。

2015年NASA的一個研討會上，有科學家認為，人類將在今後20年到30年內發現外星生命。當然，也有另外一種可能，生命可能並不能僅僅以地球生命為藍本，也同樣可能存在硅基生物或者其他生命形式。

田豐表示，NASA過去曾經針對土衛六的環境下可能出現的膜狀結構進行試驗，目前學術界也在以試驗方法探索生命的其他形式，但不是研究主流。

基於目前對於系外行星的統計數據，宜居行星出現在太陽類型恆星周圍的概率約為5%至20%，出現在質量比太陽小一半的紅矮星周圍的概率約為20%至50%。

如果考慮所有恆星的話，可能有生命的系外行星離地球僅有大概10光年左右。

田豐提醒，系外行星開展生命探測有局限性。對於系外行星，在可預見的將來無法做到就位探測和鑽探，也不能採樣返回，只能依靠生命對其大氣成分、表面反射率等的影響來判斷地外生命是否存在。就這一點而言，對系外行星生命的探測是有其局限性的。

而對於太陽系內的行星，人類的探測目前也非常謹慎。火星、木衛二、土衛二和土衛六因為次表面或內部存在生命的可能性較高，被外層空間條約列為第一級行星保護目標。這意味著，任何發射前往這些天體的有著陸可能的探測器都必須經過嚴格的滅菌程序，以保護這些天體上面可能存在的土著生命不受地球生命的破壞。

由於經費限制，當前國內確定的地外生命探測計劃的焦點還是火星，對土衛二、木衛二和土衛六開展生命探測的計劃可能要等到幾十年以後才會真正實行。

在他看來，預計於2035至2040年左右實施的超大口徑空間望遠鏡，也許能夠比較確定地回答地球附近的類地行星上是否存在生命。

無論如何，千萬年來困擾著人類的關於地球外生命的問題，將有可能在

我們這一時代得到部分答案。

有人說，高曉松的所謂詩和遠方，

是因為有錢才可以不苟且，

其實，當你在深夜仰望星空，

想想那裡是否也有喜怒哀樂，

是否也有音樂與愛情，不

是最簡單的詩和遠方么？

遠方，你怎麼看？

※一周後，這顆城市大小的小行星將光臨地球，下次來要等2500年
※一個多世紀以來最大的小行星9月1日將近距離飛越地球
※一顆小行星將以「很近距離」掠過地球：500年一遇
※45億年前的一次小行星襲擊，帶來了生命之源的水
※6500萬年前地球遭大滅絕，一顆行星也隕滅了，太陽鄰居造成的
※這顆小行星將與地球「危險邂逅」，為13年來最近距離
※2135年一顆小行星將從地月之間穿過，災難或將接踵而至！
※5顆小行星同時朝地球襲來，最近距離僅5.6萬公里
※未來1年5顆小行星將掠過地球，最近一顆僅相隔5.6萬公里
※6天後還會有小行星來地球 威力或比這次大800倍
※家有一老，如有一寶，112億歲的古老行星上曾出現生命
※太阳系或真的存在第九大行星，它绕太阳一圈需长达15000年
※一千光年外出現了奇怪的小太陽系，五顆行星每27天回歸一次
※地球早在40億年以前，也上演過一次行星大遷徒？
※900年一遇！小行星與地球擦肩而過
※第9大行星或是系外行星 45億年前被太陽強拉而來
※地球有一個小的小行星朋友，在太陽系跳舞有100年
※月球上也有水 來自於45億年前小行星碰撞
※又發現4顆類地行星，這回很近，離地球12光年，恆星肉眼可見