天外有天

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  从20世纪至今,科学家一直在太阳系里苦苦寻找,仍未发现第二个存在生命的星球(地球是唯一一个)。他们不禁将眼光放远至银河系:银河系直径10万光年,太阳系是其中的一个小点,难道那片辽阔的空间尽是不毛之地?
  类似太阳的恒星在银河系有1000亿至4000亿个,如果每一个都像太阳那样带有8个行星,那么银河系里就有8000亿至32000亿个行星。这千亿、万亿个行星中就不会有第二个拥有生命——哪怕只是滋生出最简单的生命(如细菌)的星球?可惜直到21世纪,人类对太阳系外的行星仍知之不多。
  人类哪能甘心永远对太阳系外的空间一无所知,谁能领衔到太阳系外去一探虚实?去寻找另一个“地球”?
  2009-2013年,美国宇航局的开普勒太空望远镜一马当先。它像一个小小的“人口普查员”,在太空的天鹅座与天琴座之间的一小片区域开展行星“普查”。果然!天外有天,行星在太阳系外多的是,其中有不少还真像地球。
  开普勒太空望远镜的外观像一个粗大的圆筒,高4.7米,直径2.7米,重1039千克。它的底部是一个航天器,顶部是一台光度计。它以16-17世纪德国天文学家开普勒的名字命名,是为了纪念开普勒发现行星运动三定律的功绩。行星运动三定律揭示了行星围绕恒星运动的普适规律,成为人们认识太阳系内行星的入门知识,更成为此次寻找系外“地球”的一大攻略。
  要在两眼一抹黑的太阳系外寻找类似地球的行星,聪明的科学家想从熟悉的地球人手。我们的地球之所以成为太阳系内唯一拥有生命的行星,全依赖其优厚的自身条件及自然环境,简单地说有以下两点:第一,地球离太阳不太近也不太远。若离太阳近了,太阳辐射的热量将把地球上的水蒸发完;若太远了,太阳的热量照射不到,水全凝结成冰,这样也难孕育出生命。第二,地球自身大小适中。若太小,不能保持其大气;若太大,大气过于浓厚沉重,这样生命也没法存在。现在,开普勒太空望远镜把地球作为样板,在太空中按图索骥,要找的行星必须符合这两点:离恒星远近相宜,自身大小适中。
  开普勒太空望远镜能在太阳系外寻找行星,全靠光度计这个探测利器。怎么寻找?我们知道,行星围着恒星转,当行星掠过恒星的前面时,就会遮挡住恒星的一小部分光,这就像一只蚊子飞过荧屏,总会挡住荧光一点点。反过来说,如果恒星某区域的强光减弱了一点点,不正是证明有行星经过其前面?光度计测量恒星光度的减少,指示行星的存在及经过的状况。
  以地球与太阳为例:从太阳系外看,地球遮挡的太阳光只为百万分之八十四。可以说,与硕大无比的恒星相比,行星渺小如尘,它所遮挡的恒星的光也就微乎其微了。为此,光度计必须非常敏锐,能测出这微乎其微的光度的减少(少至百万分之二十)。这是什么难度?如果将恒星比作一盏光照强烈的车头灯,行星是爬过其上的一只小虫子,而我们须在160千米之外去观测这只小虫子。
  因为光度计的敏感度高,它能准确地测出不同行星经过时,具体遮挡了恒星多少的光。根据遮挡光的多少与行星的大小形成的比例,再从其他途径获得恒星的尺寸,科学家便能计算出行星的大小,从而判断它们是否与地球的大小相近。
  根据相同光度减少的重复出现,科学家得出行星绕恒星一周所需的时间(轨道周期),再根据伟大的天文学家开普勒先生的行星运动第三定律,科学家便能计算出行星与恒星之间的距离,从而判断行星离恒星是否远近适中,能否得到适量的阳光,进而判断它是否像地球一样有绿水青山,同时结合地球天文台的观测,科学家计算出行星的质量、密度等重要物理量。研究者把这种方法称作凌日法。
  开普勒太空望远镜于2009年3月发射升空,在接下来的4年里,它一直在探测事先规划好的特定区域——天鹅座与天琴座之间的一小片区域,它的探测范围长3000光年,那里有超过10万个恒星。望远镜利用凌日法搜寻可能围绕它们运行的行星及“地球”。
  那么,开普勒太空望远镜目不转睛地“盯着”这10万个恒星4年,到底有没有“看到”围绕它们的行星及“地球”?太阳系外的行星是一星难寻还是随处可见?它们跟太阳系内的行星有什么不一样吗?
  开普勒太空望远镜经过多年的探测收集到了海量的数据,科学家至今仍在埋头研究。他们从中已确认了2734个太阳系外行星,另有3312个仍在确认中。
  在这2734个太阳系外行星中,约30个已被确认为“像地球”——它们离恒星远近相宜,自身大小适中,还有约20个正在确认中。
  其中开普勒452-b(前面的“开普勒”表示发现它的仪器,中间的数字表示其各自的恒星,最后的小写字母表示该系外行星)与地球最相像:开普勒452-b的恒星与我们的太阳属同一类型,它绕恒星一周需385天,也是岩石行星;直径是地球的1.6倍;也处于“宜居带”。
  现在,科学家根据开普勒太空望远镜所观测的空间只是太空中的一小块,且在这块巴掌大的空间里,望远镜所能测出的系外行星就达数千个(注:未能测出的是大部分),他们按照比例计算得出:银河系里,每个恒星至少有1个行星,行星数比恒星数多很多。想想看,银河系的恒星有上千亿个,行星的个数就是千亿的数倍以上。当我们惊叹满天星斗数不过来时,我们可曾想到,藏在它们周边的我们看不到的行星更是密密麻麻,漫天都是!那些我们看上去似乎一片黑,什么都没有的天空,正有无数个行星不停地围着恒星跑圈,它们跑了有上亿或数十亿年了——只是在开普勒太空望远镜升空前,人类无从得知而已。
  那么,银河系的上千亿个行星中,有多少个“像地球”呢?科学家又通过复杂的计算得出:约400亿个。在这400亿个系外行星上,会不会江山如画、生机勃勃?没准,它们当中就有滋生出苔藓地衣直至青草树木的,有诞生出浮游生物直至各种鱼类的……当然,开普勒太空望远镜的任务只是对太阳系外行星作小范围普查,了解它们是稀少还是普遍。至于要锁定哪个系外行星存在生命,这使命现在还未落到它身上,它还不能担当这个角色。
  开普勒太空望远镜除了发现太阳系外行星,找出一些与地球相似的行星,还碰到了许多奇闻趣事,我们来看看其中几件:
  “泡沫行星”(开普勒-7b)。开普勒-7b是一个气体行星,密度相当于泡沫塑料;如果能找来一个足够大的水盆,将开普勒-7b放进去,它会漂浮在水面上。
  “岩浆行星”(开普勒-lOb)。开普勒一10b是个岩石行星。它离它的大火球恒星非常接近,没日没夜地受着大火球的烧烤,温度高达1371℃,令其面向大火球一面的岩石熔化,熔解的岩浆起伏翻腾,像一个滚烫的熔岩海洋。
  “长尾巴行星”(开普勒-1520b)。开普勒-1520b也紧挨大火球恒星,温度高到足以熔解铁。科学家推测,在如此高温下,它的表层像爆米花般不断爆裂,碎裂的物质喷射开来,行星高速地公转将它们向后抛,抛出一条长长的尾巴。按照它从外到内一层层爆裂的速度,预计在2亿年内,“长尾巴行星”將完全瓦解、消失。
  “环双星的行星”(开普勒-16b)。行星开普勒-16b围着两个“太阳”转,如果我们生活在这个行星上,将看到两个“太阳”相伴升起和落下,我们身后也伴随两个影子,“影影不离”(开普勒-16星系里有两个恒星:主星“开普勒-16A”,伴星“开普勒一16B”,伴星围着主星转,行星围着这两个恒星转)。
  “星团里的行星”(开普勒-66b、开普勒-67b):“星团”顾名思义就是许许多多恒星挤成的一团,它们在狭窄的空间内推搡拉扯,发射出强烈的辐射及恒星风,科学家原本不太指望在如此复杂的环境中找到行星。开普勒太空望远镜技高一筹,在星团“NGC 6811”里发现两个行星:“开普勒一66b”和“开普勒-67b”。
  由此可见,真是天外有天啊!
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