銀河系中有1600億顆帶行星的母星，如何尋找另一個「地球2.0」？

尋找地球「孿生兄弟」

估計，僅僅在銀河系中，就有多達1600億顆被其母恆星「綁定」的行星。在如此天量的行星世界裡，誰能說就一定找不到「地球孿生兄弟」、找不到另一顆生命之星呢？

截至2017年8月23日，列入「太陽系外的行星百科全書」的、已證實的行星數量為777顆。加上未經完全證實的數量，這個數字已超過800顆。

已經有7部望遠鏡位於智利的賽羅亞馬遜山上。「歐洲特大望遠鏡」也將建在這裡，但與其他望遠鏡不同的是，它會建在山頂上。

每面直徑1.4米的總共798面六角鏡，將構成「歐洲特大望遠鏡」的39米直徑的主鏡。

自20世紀90年代中期，科學家開始一顆一顆直至成批量地發現太陽系外的行星，如今這個數目已超過800顆，而且這個數目無疑將繼續上升。但科學家關心的不僅是這個總數，他們更想知道有沒有真正像地球的外星世界。太陽系外的行星可能多種多樣，例如一些可能被水淹沒，另一些則可能完全由鑽石構成。但最誘人的可能性卻是：茫茫黑暗中存在地球的一個「孿生兄弟」。

人們通常會問：能否找到類似地球的行星？科學家的回答是：絕對能。如果人們又問：能否發現像地球一樣擁有生命的世界？科學家的回答則是：這說不準，而且說來話長。2012年底，智利賽羅亞馬遜山之巔被削平。到2022年，一部有望找到地球「孿生兄弟」的望遠鏡——「歐洲特大望遠鏡」將坐落此地。建成後，其採光鏡直徑接近39米，是現有任何射電望遠鏡直徑的4倍以上。

通過探察行星引力所造成的母恆星「晃動」，這部超大望遠鏡將讓科學家探測到前所未見的行星世界的存在。不僅如此，它還將讓科學家通過分析恆星發出的光線來描述行星的特性。這些光線特徵能揭示行星大氣層中有哪些氣體，因而有助於確定行星上是否有海洋，甚至決定行星上是否存在生命

科學家目前局限於調查太陽系外的行星的大氣層，而且只能研究其中明顯比地球大的行星，研究方法一般都要依賴於從我們的視角看去從正前方經過母恆星、因而其大氣層被母恆星星光穿透的行星，但這樣的情況並非經常發生。「歐洲特大望遠鏡」的巨大採光鏡將讓科學家不僅能看見恆星，而且可以直接窺探恆星附近的地球大小的行星的弱光。事實上，要想區分那麼遙遠的恆星和行星，所需的圖像解析度高得令人難以置信，因而需要像「歐洲特大望遠鏡」這樣的望遠鏡。而建造這部巨型望遠鏡的主要目的，正是為了找到在類太陽恆星周圍繞行的類地球行星並且描述其特徵。

不過，投資高達8.38億英鎊的「歐洲特大望遠鏡」並非預計中的唯一超級望遠鏡。包括中國、美國和印度等國在內的另一個國際團隊，計劃在夏威夷休眠火山莫納克亞（其最後一次噴發是在4600年前）山巔建造一部直徑30米的望遠鏡，簡稱「30米望遠鏡」。儘管它略小於「歐洲特大望遠鏡」，科學家仍希望它能探察到生物指針——在類似地球的行星大氣層中表明生命存在的氣體。「30米望遠鏡」計劃在2018年建成，比「歐洲特大望遠鏡」的預計建成時間早4年。

目前在尋找太陽系外的行星方面跑在最前面的，是美國宇航局的「開普勒太空望遠鏡」。

它發射於2009年3月，任務是窺視銀河系中一小塊區域內的超過10萬顆恆星。當行星從母恆星的正前方經過時，會導致母恆星略微變暗。運用這種方法，「開普勒號」能探察到行星的存在。自發射以來，「開普勒號」已發現了多達115顆太陽系外的行星，以及超過2300顆正在接受後續研究的疑似行星。科學家相信它所發現的一顆恆星擁有地球大小的行星。對「開普勒號」探測數據的分析仍在進行中，目前對這個問題還沒有定論。不過，「開普勒號」僅僅旨在探測太陽系外的行星，而非描述它們的任何細節。

理想的情況是，「歐洲特大望遠鏡」和「30米望遠鏡」被用來分析由「開普勒號」探測到的行星所發出的光線，以查明是否有海洋、陸地和生命存在的跡象。但有個問題。「開普勒號」的宗旨是研究一個密集的星場，發現大量的太陽系外的行星，它們距離地球600～3000光年，而「歐洲特大望遠鏡」和「30米望遠鏡」所關注的距離比這近得多。例如，「歐洲特大望遠鏡」將只能描述最多距離地球30光年的行星的大氣層。因此，這兩部基於地面的超級望遠鏡將不會分析「開普勒號」的眾多發現，而是利用近得多的恆星來全力搜尋地球「孿生兄弟」。這種搜索無疑很複雜，因為距離地球越近，類太陽恆星就越少。

「歐洲特大望遠鏡」和「30米望遠鏡」也並非我們的唯一希望。太空望遠鏡同樣能描述太陽系外的行星。太空望遠鏡能看得更遠，因為它們不受地球大氣層的模糊效應影響。作為美國宇航局對「哈勃太空望遠鏡」和「斯皮策太空望遠鏡」的換代望遠鏡，「詹姆斯·韋伯太空望遠鏡」計劃在2018年升空，屆時它將成為分析岩石行星大氣層的利器。不僅如此，還有一系列與「詹姆斯·韋伯號」不同的空間任務，它們也將致力於研究太陽系外的行星的大氣層。歐洲空間局正在審議有可能在2024年發射的「太陽系外的行星描述天文台」，它也是一部太空望遠鏡，在可見光和紅外波長運作。

然而，以找到地球「孿生兄弟」為其終極目標的太空望遠鏡，分別是美國宇航局的「類地行星發現者」和歐洲空間局的「達爾文號」。兩者的設計理念都是：由太空望遠鏡陣列聯手工作，搜集太陽系外的岩石行星的星光以尋找生物指針。

「達爾文號」概念

這兩個航天機構原本一起協商這個理念，但在預算超過15億英鎊後不得不雙雙拋棄此計劃。按照設計，「太陽系外的行星描述天文台」將對從正前方經過母恆星的行星的大氣層進行測量，而「類地行星發現者」將直接拍攝行星的大氣層。顯然，前者不如後者的探測那麼直接。儘管上述兩個誘人的計劃被官方否定，它們卻沒有被科學家遺忘。隨著人造衛星的逐漸微型化和商業性衛星發射公司逐漸降低發射成本，科學家希望「類地行星發現者」和「達爾文號」計劃能最終復活。

在尋找地球「孿生兄弟」的進程中，最激動人心的前景是找到另一顆行星上的生命。那麼能否找到呢？科學家正在拓寬視野——不要總惦記著尋找地球「孿生兄弟」，為何不認真找找地球的「堂兄弟」呢？隨著越來越多的科學家著手調查行星的可居住性，他們也開始思考可居住性在並非地球的完美複製品上面也可能達到的可能性。他們認為恆星周圍有一個單一的可居住帶，其中的行星溫度既不太高也不太低。當然，前提是太陽系外可居住的行星也有著像地球那樣的大氣層。

科學家最近正在考慮的一個問題是：如果一顆行星的大氣層中有比地球更多的氫，情況會怎樣？對於比地球大、比氣態巨行星小的「超級地球」而言，這種可能性當然存在，因為行星越大引力也越大，從而能留住含氫更多的輕飄飄的大氣。氫會產生一種強大的溫室效應，從而保持行星溫暖。這樣一來，「超級地球」的可居住帶就可以更遠離母恆星，而不像地球這般靠近太陽。

恆星溫度也是需要考慮的問題。

許多太陽系外的行星都被發現繞著紅矮星轉，這類恆星的溫度比太陽低幾千攝氏度，這使得它們的可居住帶距離它們更近。同樣，我們需要找到距離地球比較近的紅矮星樣本，以供「歐洲特大望遠鏡」和「30米望遠鏡」來分析。好在銀河系中的紅矮星比類太陽恆星常見得多，所以找到離我們比較近的紅矮星的可能性很大。

造訪另一個可居住世界儘管前景誘人，但有太多的物理學法則在跟我們作對——即便對一顆距離我們相對近的行星來說也是這樣。以「格里斯 677c」星為例，這顆距離地球最近的恆星之一被認為有一顆岩石行星，這顆行星距離地球22光年，也就是207.6萬億千米。以目前的火箭技術來說，從地球出發，要花百萬年才能到達這顆星。因此，科學家並不打算前往那裡去查明是否有生命存在，而是計劃研發出越來越好的儀器從遙遠處觀察這顆行星。

要想在未來幾十年中發現太陽系外的行星上的生命跡象，前提是對讓一顆行星可居住的條件思考得更寬泛；而找到足夠靠近我們的孿生地球，需要更長的時間。何時才能找到另一個可居住的世界？目前沒有答案。

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