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专家称“备用地球”太远了 太空移民仍不可行

2012年01月13日 14:35 来源:辽宁日报 参与互动(0)

  “备用地球”太远了太空移民仍不可行

  ■核心提示

  2011年已经过去,环顾世界科学舞台,许多秘密被破解,但还有很多秘密悄然步入了2012年。近日,全球知名科学探索网站“Discovery News”精选出2011年十大被破解及未解之谜,其中第一个未解之谜就是由“开普勒-22B”带来的。“开普勒-22B”是否宜居?我们如何得知它的情况?人类可以就此搬家吗?

  人类找到了地球的“孪生兄弟”?

  辽宁日报:据外媒报道,美国宇航局宣布科学家们利用 “开普勒”太空望远镜在距地球约600光年的一个恒星系统中新发现了一颗宜居行星“开普勒-22B”,它可能成为迄今发现的第一颗适合居住的类地行星。您能否介绍一下这颗行星的基本情况?

  季江徽:“开普勒-22B”直径约为地球的2.4倍,距离我们约有600光年。尽管其直径比地球大不少,但是它的轨道公转周期约为290天,和地球相差不大。它围绕运行的中央恒星和太阳非常相似,也是一颗光谱型为G的黄矮星,只是质量稍小。 “开普勒-22B”的表面温度约为21℃,与地球的春天温度相似,有可能适宜生物居住。

  辽宁日报:我们知道生物生存的一个重要条件就是水,“开普勒-22B”上是否有水的存在?

  季江徽:美国科学家在研究中发现的“开普勒-22B”位于“宜居带”正中。在这一范围内,水以液态形式存在的可能性较大,也有更多的机会拥有生命。科学家们目前还不清楚这颗行星的组成主要为岩石还是气体或液体,其上有没有液态水也需进一步考证。因此,“开普勒-22B”是否真的是地球的“孪生兄弟”仍需进一步考量。

  辽宁日报:“宜居带”上的行星,是否就是将来我们可以进行宇宙移民的星球呢?

  季江徽:这还需要很多条件:恒星和行星的寿命必须长到足以产生生命、适宜的恒星光度、稳定的低离心率行星轨道和自转倾斜度,以及成分合适的行星大气等。宜居带的距离和范围主要取决于中心恒星的类型。首先,这颗“超级地球”和恒星之间要有一定距离,能够接受到恒星的光和热,自转轴要有一定的夹角形成一年四季。其次,要有比较稳定的轨道、比较小的轨道偏心率,还要有液态水、适合生命存在的大气。人类之所以可以在地球上繁衍生息,是因为地球受到特别的垂青——它既有磁场,又有大气。它们就是地球的保护圈。最后,恒星、行星的寿命还要足够长,长到可以产生生命,这一套都是“生命维持系统”。

  当然,要想真的在上面生存,还要有很多条件,除了液体水之外,还要有生命新陈代谢或复制所需的元素、持续可以采用的能源以及生命体生存的稳定环境等。比如:不存在对人体有破坏作用的物质,诸如毒气等。

  辽宁日报:我记得之前就有媒体报道称找到了适宜人类居住的行星,如红矮星“格里泽581d”,为什么这颗行星又称作是第一颗呢?

  季江徽:我们可以理解为,新发现的行星比起以往的宜居行星来说,所处的条件更适宜人类居住。

  两种搜寻方法寻找“备用地球”

  辽宁日报:600光年是一个名符其实的天文数字,在这么遥远的区域,“开普勒-22B”这样的行星是如何被发现的?

  季江徽:实际上,这些神秘的宜居行星并不容易被观测到。目前最普遍的两种搜寻方法是视向速度法和掩星法。

  目前已发现的系外行星大部分是使用视向速度法发现的。视向速度法原理是:由于行星对恒星有引力作用,远处的恒星与行星绕共同质心运动,观测到恒星的光谱发生了变化(谱移)。当恒星向着地球运动时,光谱向蓝端移动;当恒星远离地球运动时,光谱向红端移动。通过对变化谱线的测定,我们就可以确定“宜居行星”的存在。

  掩星法则不同,它的原理是因为“宜居行星”会围着恒星转,从地球的角度看,在旋转的一个周期内一定有把恒星“挡住”掩盖恒星光亮的时候,天文学通过测量恒星暗下来的程度,就可以估算出这颗行星的大小,而两次“挡住”的间隔就是“宜居行星”的轨道周期,同时利用结合视向速度光谱仪测出行星的温度、亮度和质量,进而考察是否有水、氧气等等。

  “开普勒-22B”就是通过掩星法发现的。一颗行星通过其恒星和望远镜之间时,该恒星的光会变得黯淡,这个事件名叫“凌日”(或“掩星”)。为了确认一颗新行星,科学家们必须观测到其出现3个凌日事件。开普勒于2009年“上岗”,收集数据后的第三天,科学家们就观测到了该行星的首次凌日事件,第三次则发生于去年12月。开普勒望远镜通过捕捉到凌日事件发生时该恒星变得黯淡的光线,发现了这颗名为“开普勒-22B”的行星。

  辽宁日报:现在已经发现的,通过克服一些困难,可以成为“备用地球”的行星多吗?

  季江徽:在过去的1000天里,开普勒望远镜已经在天鹅座和天琴座之间观测到了超过15万颗行星,发现了约2300颗太阳系以外的系外行星,其中约10颗行星的大小不超过地球的2倍,其中有50多颗处于宜居带的行星。

  辽宁日报:茫茫宇宙中,科学家是否在漫无目的地寻找宜居行星?

  季江徽:我们如今探测到的宜居行星都在太阳系外,银河系内。开普勒太空望远镜是一架运行在太空中的口径95厘米的望远镜,向着天鹅座和天琴座的特定区域进行观测,因为这个方向上的观测较少受太阳等天体影响,有利于持续观测。此外,这一区域内也存在较多的恒星及附属行星。

  如果在不久的将来找到了处于宜居带内的系外类地行星,如何判断它们是否适合生命存在呢?主要方法是寻找行星大气光谱中的化学指纹。行星本身不发光,而是反射中心恒星发出的光,同时产生红外辐射。如果行星具有大气层,行星大气会对恒星辐射和行星本身的红外辐射产生特定的吸收。通过掩星法探测比较恒星在掩食前后的光谱变化,能够得到行星大气的化学成分信息。通过直接观测法也能获取行星的可见光和红外光谱。通过分析这些光谱,可以判断出大气中是否有水、二氧化碳、甲烷、氧气(或臭氧)等适合生命存在的重要化学成分,这些化学成分的组合被称为化学指纹。

  辽宁日报:原来,开普勒太空望远镜观测到的只是太空中的一个方向。看来,在茫茫宇宙中寻找到一颗宜居星球并不是一件容易的事。

  季江徽:是的,非常不容易。其难度可以从两方面来看:一是宇宙之大、各星体距离之远,远远超过了人类直接观测的范围,现代的科学手段虽然已经有了很大的进步,观测和计算能力范围有所提高,但仍然十分有限,而有待观测的星球不计其数;另一方面,地球及地球生命的产生可以说是一个偶然事件,不排除银河系中有与地球相似的星球而且有生命甚至高等智能的存在,但是就目前来看,这个生命星球即使有,其存在的比例也是很低的,这给我们发现和搜索类地行星和外星生命带来很大的难度。

  即使真的适合居住600光年距离仍难逾越

  辽宁日报:就像这次发现的“开普勒-22B”,我们一旦确定其非常适合人类生存,我们人类将如何搬家?

  季江徽:即便该行星真的适合居住,人类进行太空移民的可能性也几乎为零。这颗行星距离地球太远——有600光年,即使以光速飞行也要600年,我们乘什么进行星际移民是个问题,所以移民并不现实。 “旅行者”号宇宙飞船发射至今40年,最早的一艘也只飞出了最多150个天文单位(即150个太阳与地球的平均距离),所以,以现有科技手段,人类实施太空大搬家不大可能。

  辽宁日报:这么说来,我们人类如果要搬家,目前还是选择太阳系内部的行星比较合适。

  季江徽:不到万不得已,没有必要进行宇宙移民。要进行宇宙移民,肯定是太阳变成了红巨星,它吞噬了地球。所以,大家才纷纷逃离地球。

  辽宁日报:在太阳系内部,哪些星球可能是比较适宜的选择?

  季江徽:实际上,现在天文学家们比较心仪的几个候选是太阳系的木卫二、土卫二、土卫六、火星,美国宇航局甚至把目光投向了遥远的冥王星,因为他们猜测冥王星上有液态氨。 2015年,美国宇航局将启动对冥王星的探测,由于冥王星距离太阳太遥远,围绕太阳转一圈要几百年的时间,那里的所有东西都是冰冷的,美国宇航局要揭开冥王星这个冰冷世界的奥秘。

  科学家们最欣赏的还是火星。当然移居火星也是最现实的,它的自转和地球很接近,是23个小时多一点,火星上曾经有湖泊,只是后来发生了气候变化结成了冰。美国宇航局曾经探测到火星的两极存在冰。不久的将来,美国火星实验室“好奇号”将在火星上着陆,分析火星上是否存在有机物和水。

  专家档案

  季江徽 中科院紫金山天文台研究员,曾在芬兰、美国、澳大利亚等国的科研单位和大学做访问学者。现为中国天文学会和国际天文联合会会员,中国空间科学学会会员,亚太地球科学学会会员,美国行星学会会员,曾任第12届、13届“中美Kavli前沿科学研讨会”组委,AOGS 2010行星科学分会科学组委,中国天文学会行星专业委员会主任。

【编辑:张中江】

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