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那些年我們追尋過的“地球2.0”

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2015年7月23日，美國宇航局（NASA）宣布在開普勒太空望遠鏡的觀測數(shù)據(jù)中，找到了一顆可能和地球很類似的系外行星——開普勒-452b，科學家們戲稱其為“地球2.0”。

這個名字就讓人浮想聯(lián)翩了：既然是地球2.0，會不會有外星人？他們會不會來找我們玩？我們能不能去他們那里玩？一長串千奇百怪的問題讓科學家們措手不及。這也難怪，人類自古以來就一直在尋找著另一個地球，地球這個小小的行星實在禁錮不住人類的好奇心。

地球的堂兄

2015年7月23日，NASA宣布通過開普勒衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，在距離我們1400光年遠的地方找到了地球的一位堂兄——一顆和我們地球非常類似的系外行星：開普勒-452b。

這個“堂兄”的母星和地球的母星——太陽一樣，是一顆G2型的主序星，但是要比太陽老15億年左右，它的表面溫度和太陽差不多，半徑比太陽略大。而我們的“堂兄”則在距離母星1.046個天文單位的公轉(zhuǎn)軌道上運行，公轉(zhuǎn)一周需要384.84天，這個軌道也和我們的地球基本相同，處在“宜居帶”上，在這里，行星表面可以有液態(tài)水存在。這位“堂兄”的半徑比地球的半徑大60%，在目前發(fā)現(xiàn)的系外行星中，也算和地球個頭差不多大了。

有細心的讀者會問，開普勒望遠鏡不是在2013年5月因為兩個反作用輪損壞而不得不停止系外行星的搜尋觀測了嗎，為什么現(xiàn)在還會有新的發(fā)現(xiàn)？其實，開普勒望遠鏡在2009年3月發(fā)射升空到2013年5月停止系外行星搜尋這段時間觀測到的海量數(shù)據(jù)是一個巨大的寶藏，但是其中的寶物需要我們慢慢去發(fā)掘與核對，才能最終確認寶物的價值。

開普勒-452b就是這樣經(jīng)歷了一個漫長的過程。它最早進入天文學家的視線是在2014年5月，一次對開普勒觀測數(shù)據(jù)的測試篩選時，這個篩選旨在尋找那些小而冷的行星。由于母星的參數(shù)有偏差（表面溫度5578K，0.79個太陽直徑），那時候測算出開普勒-452b的直

圖片來源：NASA

水星 金星 地球 火星徑是1.1個地球直徑，而公轉(zhuǎn)半徑是0.99個天文單位。

之后，天文學家利用麥克唐納天文臺的2.7米望遠鏡、惠普天文臺的1.5米望遠鏡以及凱克天文臺的10米凱克Ⅰ望遠鏡對其進行了光譜觀測，測算出其母星表面溫度為5757K，直徑為1.1個太陽直徑。所以相應的，開普勒-452b的參數(shù)也就修正為直徑1.6個地球直徑，公轉(zhuǎn)半徑1.046個天文單位了。

同時，天文學家還利用凱克Ⅱ望遠鏡紅外波段的自適應光學系統(tǒng)對這顆恒星進行觀測，以便確認它和我們太陽一樣，是一顆單星而不是雙星或者多星系統(tǒng)，而且沒有背景星對結(jié)果進行干擾。經(jīng)過如此反復地觀測、計算，天文學家才確定了開普勒-452b是我們尋找多年的地球的堂兄。

然而，想要拜訪這位堂兄也不容易。即使我們以光速飛馳，也需要1400年才能到達那里，而那里的“人們”看向我們的時候，看到的還是隋煬帝荒淫無道的統(tǒng)治，而后來大名鼎鼎的唐高祖李淵還只是一個小小的太守呢。

接下來，就讓我們一起盤點下人類都找過哪些“地球2.0”吧！

月球

月球是距離我們最近的天體，即使不使用任何現(xiàn)代天文工具，月亮看起來也是一個面，而不像行星、恒星那樣看起來只是一個點，再加上月亮表面豐富的紋路，就更讓人浮想聯(lián)翩了。

中國古代就有嫦娥奔月、吳剛折桂的傳說。早期的科幻小說中也有很多人類去月亮生活甚至和“月球人”打交道的情節(jié)。最早的科幻電影《月球旅行記》也講述了人類乘坐炮彈跑到月球上和月球生命打交道的故事。

當然，隨著人類觀測技術(shù)的進步和航天技術(shù)的出現(xiàn)，月球已經(jīng)被證實只是一片沒有生命的不毛之地，月球表面也印上了人類的足跡。只是，因為月亮只有一面朝向地球，所以“月亮背面有外星人”，甚至“月亮內(nèi)部住著外星人”之類科幻小說一般的傳言還在流行，甚至還有很多人相信。這也可以當作是現(xiàn)代版的“嫦娥奔月”神話吧。

《月球旅行記》劇照

嫦娥一號衛(wèi)星采集到的月球表面全圖

金星

金星是公轉(zhuǎn)軌道距離地球最近的行星，而金星半徑只比地球小4%，質(zhì)量輕20%，而且上面也有大氣，這些特征讓金星獲得了地球的“孿生姐妹”的稱號。所以在金星探測器到達金星前，天文學家們都認為金星是一個和地球環(huán)境差不多的行星，甚至對在金星上找到生命充滿信心。

人類的飛行器在向太陽系其他行星進發(fā)的時候，第一個目標就選擇了金星。但是探測器傳回的數(shù)據(jù)卻讓人類的幻想破滅了。

金星大氣是由大量的二氧化碳和少量的氮氣組成的，而作為生命之源的水卻少得可憐。由于大量二氧化碳形成的“失控溫室效應”使金星表面溫度達到467℃，氣壓則是地球表面氣壓的90多倍。在金星濃密的大氣層中，閃電頻發(fā)，二氧化硫和硫酸液滴組成的云飄在其中，這些云形成的“硫酸雨”降不到金星表面就被蒸發(fā)回到天上。這哪里是地球的孿生姐妹啊，這明明就是一幅煉獄的景象啊。

不過，對金星的深入研究顯示，金星在40億年前可能和地球一樣有液態(tài)水在表面流淌。是什么讓這對姐妹在演化上分道揚鑣的？這也是讓科學家非常好奇的問題。畢竟，這也關(guān)系到我們的地球1.0今后會何去何從。

由先驅(qū)者號金星探測器在1979年以紫外波段拍攝的金星大氣結(jié)構(gòu)

羅威爾繪制的火星上的“運河”和“綠洲”

火星

火星和金星、地球一樣，也是一顆類地行星。其半徑只有地球的一半左右，質(zhì)量則只有地球的十分之一。乍看起來，火星并沒金星那樣強有力的參數(shù)去競爭地球2.0的位置。但是，人類對尋找火星生命的興趣卻一直是最高的。

人類對火星生命的興趣起源于1877年意大利天文學家喬凡尼·斯基亞帕雷利對火星的觀測。這位天文學家通過望遠鏡在火星上觀察到了類似于溝渠的條紋結(jié)構(gòu)，就用意大利文“canali”（溝渠）來命名。而英美記者在報道的時候則直接將英文照搬為“canal”（運河）。這兩個詞看起來差不多，但是“運河”一定是人工開鑿的而“溝渠”則不一定非要是人工的，這兩個詞中微妙的差別就導致了后來的“火星人”熱——既然有運河，就要有開鑿運河的人嘛，而地球人那時候還沒有踏足過火星，那么這運河一定是火星人建造的！

這樣一個奇妙的誤會倘若及時停住，之后的“火星人”熱也不會這么瘋狂吧?？墒牵@個誤會被一個叫帕西瓦爾·羅威爾的人看上了。這個羅威爾精通文學及數(shù)學，曾在日本住過一陣子，寫了關(guān)于日本宗教及文化的書，曾被聘為韓國的外交顧問。他得知斯基亞帕雷利發(fā)現(xiàn)火星上的“運河”后，就利用他巨大的財富和影響力建立了后來舉世聞名的羅威爾天文臺（冥王星就是在這個天文臺被發(fā)現(xiàn)的）并開始潛心研究火星。

他觀測到了火星兩極“冰冠”隨著季節(jié)變化改變大小，從而認為火星上有水。他還為火星繪制了“地圖”，上面有“運河”有“綠洲”，并且還聲稱這些會隨著季節(jié)而改變。

他將他的這些發(fā)現(xiàn)寫進了他自己出版的《火星》（Mars）、《火星和它的運河》（Mars and Its Canals）和《作為生命居所的火星》（Mars As the Abode of Life）三本書中，在第三本書中他甚至利用他商業(yè)上的經(jīng)驗推測起火星人的生活。

1965年，水手4號探測器飛掠火星后發(fā)現(xiàn)，那些“運河”其實是火星上的裂谷或者隕石坑連成的線；而“綠洲”則可能是火星上的沙塵暴；火星上兩極覆蓋的也不是冰蓋而是干冰。雖然羅威爾的理論被觀測推翻了，但是他的著作卻深入人心，時至今日，還有很多人相信火星上有運河，火星人在其中辛勤的勞作。

現(xiàn)在的火星上死氣沉沉，表面沒有穩(wěn)定的液態(tài)水，稀薄的大氣以二氧化碳為主，空氣中充滿了塵埃，時不時會有超強沙塵暴掠過，根本看不到高等生命的跡象。但是隨著火星探測的深入，發(fā)現(xiàn)在火星地表下有冰存在，很可能在40億年前，火星上也存在著海洋和河流。但是，這些水并沒有在火星上孕育出“火星人”，倒是可以供以后去火星的地球人使用。

太陽系外的伙伴們

近幾年來，太陽系外行星的探測成了一個熱門的話題。這要歸功于天文觀測設備和技術(shù)的大幅進步，尤其是開普勒空間望遠鏡的發(fā)射升空。要知道，目前人類發(fā)現(xiàn)的不到2000顆系外行星中，將近一半都是由開普勒望遠鏡發(fā)現(xiàn)的。

而在這些系外行星中，我們是怎么找到“地球2.0”的呢？其實，我們主要參照了兩個指標：

1.行星本身和地球的相似程度

既然是找地球2.0，這一條肯定要滿足的吧。適當?shù)拿芏瓤梢源_定該行星是巖石表面，質(zhì)量足夠大可以保持一個完整的大氣層。這是我們目前已知的生命存在的必要條件。

2.行星是否在“宜居帶”中

“宜居帶”是指一顆恒星周圍，能使水在行星表面保持液態(tài)的范圍。這個范圍對于各個恒星都不一樣，可以根據(jù)恒星的參數(shù)測算出來。

只要滿足了這兩個條件，我們就可以把這顆行星劃入“地球親友團”的范圍了。至于說，它到底是和地球一樣，是個美麗的藍色星球，還是和金星一樣，熱如煉獄，抑或是和火星一樣貧瘠荒涼，以現(xiàn)在人類的科技，就很難知曉了。

Gliese 581 c：首顆宜居帶內(nèi)的“超級地球”

這顆質(zhì)量至少是5.5倍地球質(zhì)量的“超級地球”是在2007年4月公布的。它圍著一顆溫度很低的紅矮星公轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)周期只有13天。雖然這顆行星還不怎么像我們的地球，但是，也造成了很大的轟動，這讓人們看到了找到另一個地球的希望。甚至，有一家英國的博彩公司，在這顆行星公布后，把外太空是否有生物存在的賠率，由1賠1000調(diào)低至1賠100。

Kepler-20e 和 Kepler-20f：首次發(fā)現(xiàn)類地系外行星

NASA在2011年12月公布了發(fā)現(xiàn)這兩個小兄弟的消息。它們的直徑分別是地球直徑的0.87倍和1.08倍，大小和地球幾乎一模一樣。只是它們離母恒星實在太近了，Kepler-20e的表面溫度有760℃，而遠一點的Kepler-20f表面溫度也有420℃，和水星差不多。

半徑對比圖，從左到右分別為Kepler-20e、金星、地球、Kepler-20f。圖片來源：NASA

Kepler-452b：首個在太陽同類（G2）恒星的宜居帶中發(fā)現(xiàn)的類地行星

這個就是近來的主角明星啦，直徑和地球相仿（地球直徑的1.6倍），母恒星類型和太陽相同，還在宜居帶中，所以被冠以了“地球2.0”的稱號。

Kepler-186f：首個在宜居帶中發(fā)現(xiàn)的類地系外行星

這顆行星是NASA在2014年3月公布的。它的直徑約是地球直徑的1.1倍，軌道周期為129.9天，其母恒星是一顆年輕的紅矮星。不過，它靠近宜居帶的外邊緣，表面環(huán)境可能和火星相似。

爭議

細心的朋友可能會發(fā)現(xiàn)一個問題，所有以Kepler開頭的行星都只有半徑的數(shù)據(jù)，而沒有質(zhì)量的數(shù)據(jù)。這是因為，開普勒望遠鏡是利用掩星法尋找系外行星的。這種辦法雖然可以快速而靈敏地找到系外行星并且測量它的半徑，但是卻無法測量出它的質(zhì)量。想知道它的質(zhì)量還需要用其他的手段進行測量，但是，其他的手段可能沒有掩星法這么靈敏，尤其對于類地行星這種“小家伙”很可能就無能為力了。

但是，質(zhì)量這個參數(shù)很重要，沒有質(zhì)量的話，根本說不清這個行星到底是小海王星（冰質(zhì)）還是大地球（巖質(zhì)）。這不，NASA剛剛信誓旦旦地說自己找到的是個地球2.0，就有天文學家發(fā)文章（Rogers, L. A., arXiv:1407.4457）說，大多數(shù)1.6個地球直徑的系外行星都不是巖質(zhì)行星?？磥硐氆@得“地球2.0”這名號，也不是一件容易的事情。

宇宙那么大，我們一定不是孤獨的，在繁星之中，也許就隱藏著另一顆水藍色的星球等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)，尋找地球2.0的行動還會繼續(xù)下去。隨著觀測技術(shù)的發(fā)展，未來會有更多的“地球2.0”，甚至3.0、4.0都會出現(xiàn)吧！