寻找地外生命的新纪元

《中国青年科技》1996年第5期（9、10月号）

乔阿光编译

1995年10月瑞士天文学家米歇尔·梅厄（Michel Mayor）和迪迪耶·奎洛兹（Didier Queloz）发现了一颗围绕飞马座(51 Pegasi b）运转，距地球45光年的新行星。二十五年后，此二人和詹姆斯·皮布尔斯（James Peebles）一起才在2019年获诺贝尔物理学奖。

1995年12月30日和1996年1月美国天文学家杰弗里·马西（Geoff Marcy）和保罗·巴特勒又先后发现了绕室女座Virgo70运转的新行星和绕大熊座Ursa Major47运转的距地球35光年的新行星。这是自1930年发现冥王星后，首次发现类太阳恒星的新行星，即在宇宙中又发现了三个类太阳系。这为找到类地球行星，进而找到地外生命，甚至外星人带来了希望。所以说这一发现开创了寻找地外生命的新纪元。

新行星的发现并非偶然

地球是否是宇宙中唯一有生命存在的星球，从古至今一直困扰着我们。人类不甘心做宇宙中的孤独者，各种对外星人的幻想应运而生。然而更多的科学家脚踏实地地走上了寻找地外世界和地外生命的征程。

伽利略首先用他所发明的天文望远镜看到了地外世界——月亮那凹凸不平的表面和木星的四个卫星，给人们提出了寻找新行星的问题。1781年威廉·赫歇尔发现了天王星，接着，1846年约翰·加勒发现了海王星。1894年富有的天文学家帕西瓦尔·洛厄尔在美国亚利桑那州建了一个天文台，寻找火星人，当然没有找到。但1930年克莱德·汤博，然后，是洛厄尔天文台的一个助手发现了冥王星。这是直到九十年代发现的最后一颗行星。

但天文学家们从未停止过寻找新的神秘的行星。首先是在太阳系内(现在公认太阳系内不存在这种行星)。然后用像508厘米的Hala望远镜这样本领高强的仪器来寻找其他恒星的行星。当然是像太阳一样稳定的恒星，即类太阳恒星的行星，只有这种行星上才可能存在生命。

不过要在恒星的光芒下分辨出一颗行星，如同在一千瓦探照灯光下分辨出一百瓦灯泡一样困难。但运行在轨道上的行星的重力作用在它的恒星上时，先把恒星拖向那颗行星，然后又拉离地球那颗行星。这种来回的运动使来自恒星的光先挤在一起，然后又被拉开。就使来自恒星的光看上去先有点兰，然后有点红，然后再有点兰，……依次循环，这种微弱的色彩变化即多普勒效应能精确地用光谱仪测量下来。

旧金山州立大学的天文学家杰弗里·马西和保罗·巴特勒就用这种方法寻找新行星。他们在加利福尼亚州硅谷山的Lick天文台使用观察力极强的天文望远镜和世界上分辨率最高的光谱仪进行此项工作。1994年11月他们重新更换了这个仪器的大部分零件。据马西讲原则上不仅能检测出大小如木星的行星，而且能检测出大小如土星的行星。但原则是原则，在实践上有许多因素会把事情弄糟。如恒星包括太阳会有节奏地随内部深处产生的波震动，就像整个星球在摇摆；恒星上还有巨大的斑点，如太阳黑子，随着它们的轮流出现或消失，恒星的颜色也随之改变；光谱仪还要受到各种类型的错误的干扰，如温度的变化和电子故障造成的错误等。因而他们不得不自己编写能区分有用或无用信息的复杂的计算机程序，用这种自编程序来处理观察结果。

去年（1995年）10月，巴特勒正在重新编制软件以适应光谱仪，提高其灵敏度。突然电子信箱传来消息，瑞士日内瓦天文台的米歇尔·梅厄和迪迪耶·奎洛兹刚接收到围绕飞马座51运转的行星的信号。奎洛兹说，我们起先以为仪器出了毛病。但重复了一遍后，计算机使我们相信，我们无意中发现了行星。

    这颗行星的质量为木星的一半，但它的运行轨道离飞马座51的距离比水星离太阳还要近，说明其表面温度为1300C，比熔铁炉中温度还要高。但它却是一颗行星。马西因此说：“人类进入了一个新纪元，一个将会发现新世界的纪元”。

马西和巴特勒更加努力地工作，决心成为第一个发现类太阳恒星的行星的人。他们向同事们请求有更多的使用天文望远镜的时间，借了价值10万多美元的计算机设备来处理8年来观察所得到的10亿比特的数据。两个月后，他们分析了所测量的120个恒星中的60个，12月30日早晨，巴特勒到办公室检查计算机程序，突然发现室女座70周围有物体环绕的现象。他兴奋得从椅子上跳了起来。他们立刻在美国天文协会圣安东尼奥冬季见面会上宣布了他们的发现。这颗行星的质量比木星大6倍多。他们发现的另一颗行星离地球为35光年，在大熊座的北斗七星中，围绕大熊座47运转，其体积大约为木星的两倍。这两颗行星的温度都允许液态水存在，这是存在生命的基本条件之一，但他们的大气也许由有毒气体：硫化氢、氨气和沼气构成，而且以每小时数百公里的速度不停地吹，有时形成巨大的龙卷风。在这种恶劣的环境中就是有固体表面也会被掩埋在几千公里的大气下面，被几千倍于地球深海底部的压力压得粉碎。因而如果这些星球上有生命的话，它们一定有一种奇怪的生命形式。

这些新行星的发现迫使天文学家们修改行星理论，以适应新的事实。他们力图解释飞马座51的行星如何能在离恒星那样近的条件下存留下来。还要解释为何围绕室女座70运转的行星的轨道不是圆形而是蛋形的。因而有的天文学家认为它更像一颗恒星，而不像一颗行星。用天文术语讲，它是一颗棕色的矮星，而不是行星，是一种永远不会大到发出光的星。只有第三颗星是天文学家所期望的行星。这些资料说明恒星和行星的分界线并不像天文学家所认为的那样。总之现在所发现的所有情况对于行星形成理论都是挑战性的。

“生命起源”工程

三个新发现的行星鼓舞了天文学家们，他们纷纷回到自己的天文望远镜前去作更多的观察，用计算机对多年积累下来的资料进行处理。每人都想成为下一个发现新世界的人。科学家们还等待着来自红外太空天文台，一个刚送上轨道的欧洲卫星的观察结果。这个天文台能检测出遥远的行星上微弱的热量。他们也期望1997年在哈勃太空天文望远镜上安上新的红外摄像仪，至少能给一个新行星拍下照片。

但最有希望的是美国宇航局的“生命起源”工程。此工程计划建立新一代的太空天文望远镜来搜索新行星。由于行星亮度和恒星亮度相比要微弱成百万倍乃至更多，只有用镜宽如同足球场的长度的太空天文望远镜才能看到它们，但这样巨大的镜子现在在技术上难以实现，就是下个世纪的工程师也办不到。只能用几个小的相距较远的在太空轨道上运行的镜子来模拟它，使它们的光形成干涉图象。这种装置叫做干涉仪。在世纪交替之际，美国宇航局将发射一组4个到6个大小从30厘米到60厘米的镜子。这种干涉仪应能看到大小如海王星的物体绕其附近的恒星运转。

大约在2010年美国宇航局将发射一个叫做“发现者”的卫星，一个由五面1米到2米的镜子组成的90米宽的干涉仪。使其轨道在木星之外，因为那里太阳系尘埃较薄。“发现者”将帮助科学家鉴别类地球行星。这种行星应显示为淡兰色光斑送到地面控制站。并对它们的大气，如生命存在所必须的臭氧、氧气和一氧化碳的情况进行分析。（类地行星发現者，或翻译为类地行星搜寻者（Terrestrial Planet Finder，TPF），是一个由NASA提出的太空探測计划。該计划预计建立一个太空望远镜系統以搜寻太阳系外行星中的类地行星。因资金问题，该计划被推迟数次，最后遭到取消。）

“生命起源”工程的负责人还想建造一个能给类地行星拍照并摄下其云彩、大陆和海洋的设备。实现这一切当然还要取决于财政预算和政府的支持。生物学家对地外生命的分析

美国的生物学家们对地外生命的存在也抱乐观态度。宇航局的宇宙生物学家米歇尔·迈耶认为，假如其他太阳系确有类地球世界，至少有些会成为“可居住区”。在那儿有液态的，而不是气态或固态的水。如果说地球是个典型的话，那么某个类地球行星就有50%的机会出现可居住区。宇航局的生化学家戴维·德·马雷认为液态水是个理想的介质，碳基有机物能在其中溶解并以许多方式相互反应。碳是一种多功能的化学物质，它能组成许多不同的复杂的化合物，是宇宙中第四种最多的元素。碳的化合物充满了宇宙。在星际空间以巨大的分子漂移着，成为慧星和小行星的主要成份。一些科学家认为落到地球上来的最初的生命构件就来自太空，因而这种情况也应可能在其他地方发生。生命是否会不可避免地从这种生命构件上产生还是个未知领域。但大多数科学家倾向于地球上生命的产生不是一种侥幸的结果。而是不可避免的结果，

地球上的生命在地球形成后几亿年后出现了，那时地球还炽热得像火山，在这种情况下生命是如何坚持下来，并成长壮大的呢，近年来在大洋深处发现的火山口热水附近有许多奇特生命构成的生物系统，暗示火山阶段的行星事实上正是生命理想的孵化箱。

生物学家们也没有放弃在太阳系内寻找地外生命。他们认为火星上可能有单细胞生命，可能有化石存留下。有人甚至认为在火星表面下仍存活着某种微生物。此外木星的卫星之一——Europa的冰层表面下可能隐藏着液态水的海洋。也许还有某种类型的活的生命组织。这两种可能性都是美国宇航局的研究课题。

收听外星人的电波

当然人们最渴望找到有智能的生命——外星人。1960年一群科学家开始了搜寻外星人的工作。这一工作叫做搜寻地外智能生命工程 (Search for Extra Terrestria/Inteligenc。)简称SETI工程。美国天文学家弗兰克·德宙克是它的第一个发起人。

现在在波士顿西北50公里处新建了一个哈佛——史密斯搜声射电望远镜。它的天线是一个直径25米的大圆盘。这是10亿地外频道分析工程 (Billion channel Extra-Terrestrial Assay)简称BETA工程的新设备。

每天当地球转动时，此望远镜就扫过一条圆形的天空。它和地平线的角度每一圈升高一点。在每一圈中它捕获的到达地球的无线电信号为1400一1720兆赫。这是一个较宽又较安静的无线电频率范围。每天可收集大约2200万兆比特的数据。这大量的信息数字化后送入一个超级计算机中处理。

假如BETA捕捉到一个似乎是人造的信号，它就会中断它的固定位置，而把同一片天空再搜索一次。假如可疑信号要重复的话，计算机就会把消息送入电子设备。早期的SETI设备有时会把来自地球上的无线电波和轨道飞行器上的电子信号当作外星人的信号，使人空欢喜一场。BETA则能比较来自太空的信号和来自地平线上的信号，能更好地区别是地球人自己发出的，还是外星人发出的无线电信号。

正在寻找新行星的巴特勒和马西即将结束剩下的60颗恒星的检索工作，他们说如果再发现两个或更多个行星都不会令人惊讶。梅厄和奎洛兹回到了他们的瑞土天文台继续工作。其他科学家使用着从哈勃空间天文望远镜到红外望远镜在寻找新行星。总之人类已更接近回答地球在宇宙中的真实地位这一旷日持久的问题了。      (责任编辑  田蠡)

编译自《Time》1996 february 5《Is anybody out there?》

后记：自1996年以来，不断有新的类地行星被发现。总有一天会发现真的地外生命，为地球在宇宙中找到伙伴，人类将不再孤独。

据中科院官方科普微平台——中科院科学传播局主办的公众号《科学大院》的文章《远离地球630光年的地方，下起了“铁雨”》称，我国科学家也积极部署自己的系外行星空间探测项目。2030年前后将开展太阳系近邻宜居行星的太空探索计划——“觅音计划”。

比寻找类地行星更进一步的寻找地外文明的计划我国也正在着手。《科技日报》2020年4月28日报道，被誉为中国“天眼”的500米口径球面射电望远镜（FAST）正式开启地外文明搜索（SETI）。事实上，搜寻地外文明（SETI）是 FAST 望远镜筹建之初就被正式列入规划的科学目标之一；为实现这一科学目标，一台专门用于搜索地外文明信号的后端设备 FAST SETIBURST 被制造出来并安装在 FAST 望远镜馈源舱内。

对此感兴趣的朋友可以参看有关资料。

这是我的书《科苑逸闻集萃》里的第一篇，虽然是二十多年前的新闻，但现在还有参考意义。毕竟人类还在寻找自己的弟兄。

这篇文章的原文是我在街头书报亭上买到的一本TIME上个。那时还有书报亭，现在看不到了。