第二地球搜尋史：從官方到私人探測
主講人｜苟利軍
地外生命的探索一直是大家非常感興趣的話題。
我們知道，人類所謂現代之人是誕生於20萬年之前，在這其後創造出了一系列的高等文明。自從人類誕生於藍色星球之上，我們就一直在思考著、尋找著其他同伴。
義大利人伽利略是第一批將望遠鏡指向天空、真正用於天文研究的人之一。通過他們的觀測，我們獲知太陽系其實包含有更多的行星，太陽系之外也有非常多類似的宇宙現象。如今我們已經知道了許許多多的恆星，那麼在宇宙其它的星球上有沒有類似於高等智能生命的存在呢？
尋找地外行星
為了尋找地外行星，天文學家發明了很多方法。第一顆行星是在1990年發現，到1992年確認的。這顆行星當年發現的時候非常奇特，並不存在於所謂的正常的恆星周圍，而是存在於一顆年輕的中子星（我們稱之為脈衝星）的周圍。
截至2017年9月15日，通過各種各樣的方式，人類已確認了3510個地外行星。其中開普勒發現了2300多個行星。除此之外，開普勒還有4000多個候選體，其中有將近600個是有多個行星的，所以可以看到地外行星其實是非常普遍的。
所發現的這些地外行星，它們的大小如何分布？我們可以看到的最多的一類行星被稱作亞海王星，而比亞海王星稍微小一點的行星稱之為超級地球。這兩類行星，我們在發現地外行星之前根本不知道它們的存在，因為太陽系中比地球大的就是海王星了。因此，也就是說，超級地球以及亞海王星，也都是普遍存在的。
既然地外行星普遍存在，那麼地外行星周圍有沒有生命呢？怎麼尋找地外生命呢？通過地球上對於生命的研究，我們知道，生命的存在必須要有液態水，所以我們只需要尋找有沒有適合液態水存在的行星。什麼樣的條件下液態水才能存在呢？既不能太靠近中間的恆星，如果太靠近，類似於水星等上面的溫度非常高，即使有液態水存在也已經蒸發成了氣態；也肯定不能距離中間的恆星太遠，太遠的話非常寒冷，液態水會結成冰水。這一要求告訴我們，生命的存在必須處在一個恰當合適的位置。
地球「大表哥」和葫蘆娃系統
2015年的時候有一則新聞，說發現了一個被稱之為地球「大表哥」的行星系統，並且和地球的相似程度達到了0.83。如果跟地球完全一模一樣我們稱之為1，那麼0.83在一定程度上已經非常相似了。為什麼相似呢？因為它中間的恆星跟我們的太陽非常相似，這顆行星的大小也跟我們的地球非常類似，還有公轉的周期也非常接近，所以當時稱之為地球的「大表哥」。可後來經過進一步的觀測，發現當時稱之為孿生兄弟的「大表哥」原來跟地球質量差別挺大。
2016年年底，另外一則新聞說，距離我們最近的比鄰星系統發現了一顆地外行星，這顆地外行星是一顆紅外星。如果我們能夠站在行星上去看恆星，比鄰星看起來會非常大，差不多是太陽三倍的大小，而它的天空看起來總是會呈現出紅色。為什麼是紅色？因為它中間的恆星是一顆紅暗星，顏色偏向於紅色，因此整個天空更多地呈現紅色的景象。
2016年我們還發現了一個非常特殊的系統，後來被稱之為「葫蘆娃」行星系統。之所以稱它為「葫蘆娃」，因為它有七個地質、岩質的行星。怎麼知道行星是岩質的呢？我們通過現在最為廣泛的觀測應用方式——凌星法，探測到了它的質量和大小，最終推算出來它的密度等等，判斷出了它是一個岩石的或者是氣態的系統。
到目前為止，做一個簡單的統計，適合於生命存在的地外行星有多少個？根據地球相似指數，我們可以做個排列，比鄰星周圍最為相似的行星，相似指數達到0.87，第二個就是葫蘆娃系統當中的0.86。在三千多個確認的地外行星系統當中，我們只發現了差不多12顆適合於生命居住的系統。因此，地外行星中有生命存在的概率是存在的，但不是非常高。
探索火星上的生命
現在我們知道，大約只有千分之一左右的行星有可能存在生命。但對於生命存在的概率，我們一直持續探索著，例如直接發射不同的探測線到其他星球上看看有沒有生命的存在。
對於火星的探測，是一個熱門的話題。為什麼探測火星呢？因為火星也處於太陽系中宜居區的外邊緣，是一直以來被人類認為有可能有生命存在的另一個星球。
根據當前研究，大約30多億年前，火星和地球非常類似，上面也有水，說不定也有茂密的森林、海洋等，因此我們推斷，火星有可能存在生命。美國的火星勘探衛星於前年在火星上發現了液態水。但我們知道，火星比地球距離太陽更遠，儘管傾斜度跟地球一樣，但其表面的溫度非常低，通常即使在太陽照射的情況下也只有零下三四十度，這樣的溫度正常的液態水是不可能存在的。火星上發現的到底是什麼樣的液態水呢？其實，這裡所說的液態水含有一種化學元素，這種化學元素降低了這種水的冰點，從而讓我們探測到了它的跡象。
當然，除了圍繞著火星轉動的探測儀，歐洲和美國也發射了非常多的火星車到火星表面上去看，勘探一下有沒有生命的跡象。最為重要的發現是，火星的確跟地球的很多特徵非常類似，比如有岩石沖刷的證據，表明幾十億年之前應該也是有水存在，並且有一些岩石跟地球上的岩石的組成、形狀非常類似。但很遺憾的是，火星的表面依舊沒有探測到生命。到目前為止，還沒有勘測到直接的生命，儘管我們很想找到他們。
私人探測計劃
剛才所提到的，都是官方的一些探測計劃，當然也還有一些私人的探測，因為對於地外生命，不僅僅是官方感興趣，而且也是一個大眾感興趣的話題。有一部分先富起來的人，他們對於這種地外生命的探索非常感興趣，比如一位俄羅斯富豪，就和臉譜的創始人成立了一個組織叫作「突破組織」，他們想發射一些非常微小的探測器到比如剛才提到的比鄰星系統中一探究竟，看看地外生命是否真的存在。
這其中有一個項目叫作「攝星計劃」，相當於發射一顆跟一元硬幣大小類似的探測器，這種探測器儘管體積非常小，但包含了所有的功能，例如攝像、傳輸，還有通訊功能等。探測器的速度，差不多可以達到1/5光速，也就是說，在20年左右就可以到達比鄰星。
這是一種叫作光帆的技術，和我們生活中的風帆非常類似。地球上有風，所以通常我們的船隻行駛都是依靠風的驅動。太空當中沒有風，但它有非常多的恆星，我們可以利用這種恆星的光來驅動一些探測器。儘管光是沒有質量的，但是它有動量，可以通過反射光從而來驅動探測器。美國在2015年已經對這方面進行了測試，基本結果表明，這是可行的，但仍然是一個需要研究的項目。
對於地面的搜尋，也在同時進行。地面的搜尋有一個SETI組織，已經運行了很長的時間。他們成立了一個叫作突破聆聽獎的項目，購買了世界上一些大型望遠鏡，例如澳大利亞的帕克斯64米望遠鏡和美國綠岸望遠鏡等，還有一些其它的光學望遠鏡，同時展開對空間的地外生命的探測。
位於我國貴州省的500米口徑球面射電望遠鏡，在2016年9月份建成後開始運行，是目前為止世界上口徑最大的一個望遠鏡。這一組織在2016年10月份拜訪了我國國家天文台，跟國家天文台簽署了合作備忘錄。有了這些大型的望遠鏡以後，他們就對天區進行了分塊觀測，進行了對感興趣的天體的搜尋，觀測完以後會對數據進行分段下載。除此之外，他們還改進了原來對於一些數據的分析方法使得分析效率大大提高。
有了大型望遠鏡等的支持，我們希望有一天能夠搜尋到所謂的外星生命的信號。儘管智能生命目前還沒有搜尋到，但是我們相信，從天文學的角度而言，地球並不是非常特殊的星球，宇宙當中還存在其他高等智能的生命。這種對於高等智能生命的搜尋，我們還會一直持續下去。
本文系苟利軍在杭州市科協、杭州市科技工作者服務中心、《杭州》雜誌社聯合主辦的第123期「杭州科學大講堂」上的演講，有刪減
編輯：馮禕
中共杭州市委機關刊物
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