他们究竟在哪里?

他们究竟在哪里?

开普勒项目:探照外星文明所在的行星

我们知道,行星本身是不发光的,只能反射来自恒星的光芒,因此两者在亮度上差异悬殊。如果把恒星比作强光探照灯,行星最多只能算是萤火虫,还是紧贴在探照灯灯罩上环绕它飞行的萤火虫。于是,寻找外星文明可能落脚的行星,就类似于遥望探照灯光,去确定那里有没有萤火虫在飞舞。

显然,想用望远镜直接看到那些萤火虫是不太现实的,因为萤火之光会被探照灯耀眼的光亮所淹没。不过有些时候,萤火虫也会从探照灯前方飞过,小小的身影会短暂遮挡部分探照灯的光芒。在远处观察的我们,就会发现探照灯的灯光突然暗了一下——虽然幅度极小,却足以令我们察觉到了。

开普勒11(Kepler-11)艺术概念图。开普勒11 是一颗类似太阳的恒星,位于天鹅座,距离地球约 2000 光年,至少有 6 颗公转周期很短的外星行星围绕该恒星运转。这颗恒星是开普勒太空望远镜在小范围巡天时发现的。从地球的方向观察开普勒11 的 6 颗行星会发现,所有行星在凌日时会从恒星盘面通过;且这些行星位置和地球上观测者观测方向的夹角小于 1 度。开普勒11 是第一个被发现的同时有多于 3 颗行星凌日的外星行星系统。

行星围绕恒星公转的轨道,要比萤火虫的飞行路线规则得多,因此这样的现象会周期性出现。开普勒望远镜就是用这种方法来寻找外星行星的。自 2009 年升空以来,它便一刻不停地监测着大约 15 万颗恒星,记录它们亮度上的细微变化。如果观察到某颗恒星出现周期性的星光变暗,至少观察到 4 次之后,便可以确定那里存在一颗我们看不见的行星。

然而,找到了外星行星也还是不够的。行星是否适宜生命生存,要看它距离恒星是否恰到好处——距离太近,行星就会过热,水会被彻底蒸干;距离太远,行星则会太冷,水会被完全冻结。每颗恒星周围都存在这样一个既不太近、也不太远的区域,被称为 “宜居带”。只有在宜居带内环绕恒星公转的行星,液态水才有机会在它的表面长期存在,类似我们这样的生命也才有机会在那里诞生、繁衍和演化。

2011 年 12 月 5 日,开普勒任务组宣布,他们首次在另一颗恒星的宜居带中找到了一颗行星。这颗行星被称为 “开普勒-22b”,距离地球大约 600 光年,围绕母星公转一圈需要 290 天。它的半径仅有地球的大约 2.4 倍,是迄今为止在宜居带中找到的外星行星中体积最小的一颗。不过,天文学家仍然无法确定,开普勒-22b 就一定适宜生命生存,因为除了到恒星的距离以外,其他因素也会影响一颗行星是否宜居,比如行星的大小。

目前世界上最大的可移动射电望远镜,绿岸射电望远镜(The Robert C. Byrd Green Bank Telescope,GBT)。该望远镜约 43 层楼高,直径 110 米,望远镜的反射面由 2000 多块小反射板拼接而成,整个系统使用了精密的自动控制技术,它同时也是当年最早用来搜寻外星人信号的射电望远镜。绿岸位于人烟稀少的弗吉尼亚州边界,周围的群山是天然的无线电波屏障。为了排除一切可能的干扰,一丝微波,汽车发动机的一个火花在这片区域内都是绝对禁止的(mwvastronomy.net)

相对于地球而言,开普勒-22b 还是稍大了一些,体积超过地球 10 倍以上。这么大的行星,天文学家无法确定它是否像地球一样,是一颗主要由岩石构成的固态星球。如果它更像是太阳系里的天王星和海王星,我们人类或者类似的生命便无法在那里 “立足”,因为那样的星球主要由气体构成,根本不存在陆地和海洋这种概念。只有体积与地球类似,甚至更小的行星,天文学家才能断言它们是类地行星,拥有固体的表面。

就半个月后,即 12 月 20 日,开普勒任务组再次宣布,他们找到了这样的行星,而且找到了两颗!这两颗行星围绕距离地球约 950 光年的同一颗恒星运转,其中 “开普勒-20e” 比金星略小,半径是地球的 0.87 倍,“开普勒-20f” 则比地球略大,半径是地球的 1.03 倍。不过可惜的是,这两颗确凿无疑的类地行星,都不在恒星的宜居带中。它们距离母星太近,表面温度都高达好几百摄氏度,不适宜我们这样的生命生存。

这两项发现,无论是对于开普勒望远镜来说,还是对于人类寻找外星文明的历程来讲,都具有里程碑式的意义,因为距离真正找到一颗适宜生存的类地行星似乎只有一步之遥了。不过,找到这样一颗行星并不是天文学家把开普勒望远镜送入太空的首要目的。通过对这 15 万颗恒星的小规模抽样调查,天文学家想弄清楚银河系中有多少恒星拥有行星,又有多少行星适宜生命生存。

迄今为止,开普勒在这些恒星周围共发现 2326 颗疑似行星的候选者,其中有 48 颗可能位于 “宜居带” 中。尽管还有待进一步证实,但这一数字意味着,大约 10% 的恒星都有行星在其宜居带中环绕它们运转。换句话说,德雷克公式中的第二和第三项因素,未来几年内将被确定下来,恒星周围拥有宜居行星的概率很可能不低。

了解更多信息,可以访问 NASA 开普勒项目官网

[上] 开普勒望远镜发现的候选行星数量,其中,地球大小的行星有 68 颗,“超级地球”指体积介于地球与海王星之间的行星,“超级木星”指体积比木星还大的行星(nanopatentsandinnovations.blogspot.com)[下]开普勒望远镜发现的候选行星分布图,右边方块区域为开普勒望远镜的视场,位于银河系中天鹅座与天琴座之间的区域(NASA/Kepler Mission/Wendy Stenzel,via alum.mit.edu)

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