外星地球,你在何方

美国宇航局网站今年4月18日宣布，借助开普勒空间望远镜，科学家首次发现了一颗地球大小，且位于母恒星宜居带中的行星――开普勒-186f。母恒星开普勒-186位于天鹅座，距地球约500光年，这是一颗红矮星，质量约为太阳之半。

也许是地球人自觉太过孤单，渴望找到外星伙伴。要想科学地寻觅外星人，而不是寄托于虚无的科幻大片，必须先找到能使外星智慧生物得以诞生、进化和繁衍的栖居地――外星地球。

近期的一项重要发现

今年4月18日，美国宇航局网站宣布发现了一颗地球大小，且位于母恒星宜居带中的行星――开普勒-186f。母恒星开普勒-186位于天鹅座，距地球约500光年，这是一颗红矮星，质量约为太阳之半。开普勒-186f 绕母恒星的公转周期为130地球日，位于母恒星宜居带范围的外侧边缘，接收到的热量约是地球从太阳接收到的相应值之1/3。在开普勒-186f正午时分，天空中“太阳”的亮度仅约相当于地球上日落时分的感受。开普勒-186 是一个多行星系统，另外4颗行星的公转周期分别为4、7、13和22天，大小都在地球的1.5倍以下。由于这几颗行星过于靠近母恒星，地表温度太高，生命无法在炼狱式的环境下存活。

开普勒-186f 的发现引发公众的广为关注和媒体的争相报道，甚至被称为地球的“堂兄弟”，这无疑与“外星人”话题有关。多少年来，地球人一直期望能找到自己的外星同类，科学家们为之付出了极大的辛劳。在没有确认发现外星人之前，人们的想象力有很大的翱翔空间，而引人入胜的科幻小说和科幻电影便应运而生。然而，宇宙中到底有没有外星人？这是一个严肃而又需深入探究的科学问题，首先要找到外星地球。

那么，开普勒-186f称得上是一颗“外星地球”吗？这可是一个挺复杂的问题，我们也许先得从行星的一些基本属性谈起。

行星和恒星是两类性质完全不同的天体。恒星能自行发光、发热，质量大多在0.1?10倍太阳质量之间，它们的半径、光度和表面温度相差很大。

行星质量比恒星小得多，它们只能靠反射恒星星光而发光。在太阳系内，行星可分为类地行星（水星、金星、地球、火星）和类木行星（木星、土星、天王星、海王星）两大类：前者质量和体积较小，密度较大，有固体外壳，属岩质行星，距太阳比较近；后者质量和体积较大，密度较小，无固体外壳，为气态行星，离太阳较远。除太阳系外，其他恒星的周围也可能有行星，它们统称为外星行星。

外星地球需满足的条件

要能生成达到现代地球人水平的外星高等生命，需满足以下一系列不可或缺的条件：

1. 生命不可能出现在表面温度高达几千摄氏度（甚至更高）的恒星上，但生命的存在又离不开汲取外界提供的能量（光和热）。可见，生命只能出现在恒星周围的行星上。而且，行星必须是类似地球那样的岩质行星，不能是木星般的气态行星。另外，脱离恒星、处于“游荡”态的行星也是不行的。

2. 行星及其母恒星必需长期保持稳定。地球从形成起，到进化出高级智慧生物至少需40亿年时间；其中诞生现代地球人，特别是具备高科技能力的阶段，只占这一过程中最后非常短暂的一段时间。因此，行星及其母恒星必须在40亿?50亿年时间内保持稳定态。

3. 行星必须位于母恒星的所谓“宜居带”（又称“生态圈”）之内――既不能靠恒星太近，又不能离恒星太远，以保证行星上有适宜的温度使生命得以诞生和繁衍。这个问题涉及多方面因素，宜居带的范围很窄，且随恒星而异。宜居带只是根据母恒星的大小和温度，从理论上推算出的一个到母恒星的距离范围，位于这个范围内的行星可能具有适合生物生长、繁衍的温度。决定行星表面温度的另一个重要因素是行星大气成分。如金星大气中CO2占97%以上，温室效应使表面温度高达400多摄氏度，任何生物都无法生存。可见，宜居带内未必“宜居”。

4. 安全的星际环境。银河系也有宜居带，在恒星密集区，超新星爆发相对频繁，而爆发所产生的高强度伽玛射线会杀死大范围内已有一切可能存在的生命形态。地球人是幸运的，地球所处的星际环境在过去几十亿年时间内显然是安全的。

5. 行星上应该有构成有机生命体所必需的各类化学元素，如碳、氮、氧、氢、硫、磷等。很难想象在一颗由纯铁构成的行星上，能发展出任何形态的有机生物，哪怕是细菌之类的微生物。

6. 行星周围要能长期保持有一定厚度、密度和成分的大气层，而这并不仅限于满足生物的呼吸需要。例如，地球大气的臭氧层可有效阻止太阳风（太阳发出的高能粒子）对地面生物的杀伤作用。

7. 行星表面应该长期保持有足够多的液态水，因为一切生物的生存离不开液态水――水以固态或气态形式存在无法使生物得以生成和进化。另一方面，液态水如只是存在于地面下深处，恐怕也难以生成高等生物。

8. 行星周围要有合适强度的磁场存在，以能有效阻止高能宇宙线对有机分子的破坏作用。例如，火星的磁场强度约为0.6×10-3高斯，只及地球场强的千分之一，不足以构成生命屏障。

也许还有其他条件。如有人认为木星对地球生物的繁衍殊为重要：由于木星的存在，使地球在演化早期不致遭受太阳系小天体（小行星和彗星）的频繁轰击而生灵涂炭。

以上关于诸项条件的讨论，都以能生成地球上的生物形态为出发点。地球上的生命形态具有普适性吗？对此人们一无所知。我们只有地球生物（包括地球人）唯一的一种样本，也只能在这样的基础上来进行讨论。

就目前所知，开普勒-186f也许只能满足以上前四项条件，它是一颗位于母恒星开普勒-186宜居带内的岩质外星行星，但尚无法确知它能满足其他诸项条件而称得上是我们心目中的外星地球。

寻找外星行星的方法

行星亮度极为微弱，通常只及母恒星亮度的几十亿分之一，直接观测到恒星周围的行星相当困难。1980年代起天文学家开始通过一些间接方法来探测行星，并取得很大成功。在这些方法中，主要是视向速度法和行星凌星法。

（1）视向速度法。如恒星周围有一颗不可见行星，因行星的引力作用，恒星会周期性地接近和远离地球，它的视向速度（空间运动速度在观测者视线方向上的分量）观测中便呈现出多普勒效应：观测到的视向速度会时而增大，时而减小，变化周期就是行星绕母恒星的公转周期。要是有不止一颗行星，视向速度变化就比较复杂，但仍有规律可循，并能从中推算出每颗行星的具体特征，如质量、公转周期等。

（2）行星凌星法。公转轨道面与视线方向很接近的外星行星，有可能从母恒星前方通过，犹如太阳系中的金星凌日，称为行星凌星。凌星期间恒星亮度会呈现周期性减弱，由此可探知恒星周围有行星存在。但星光减弱得很少：木星大小的行星会使恒星亮度减小约 1%，地球大小的行星仅为 0.01%，可见凌星法的成功实施须有很高的测光精度。

1992年，美国天文学家在一颗脉冲星的周围发现了3颗外星行星。1995年，瑞士科学家在45光年远的恒星飞马51周围发现了普通恒星周围的第一颗外星行星，取名飞马51b。

随着观测技术的进步，科学家发现了越来越多的外星行星，到2013年1月7日已达2740颗，这一数字还在不断增加。有些恒星的周围已发现有2颗甚至多颗行星。不过，现已找到的行星大多数都是比较容易发现的、质量较大的类木行星，且距母恒星比较近。

美国宇航局在2009年3月7日发射了“开普勒空间望远镜”，专门用于发现外星类地行星。望远镜口径0.95米，采用行星凌星法，计划对超过 15 万颗恒星周围进行搜寻。2013年5月15日，“开普勒”因设备故障被迫结束行星搜索工作。到2014年4月，“开普勒”及其后续观测已确认962 颗外星行星，以及 2903个尚需确认的行星候选体。

截至2014年3月，在已发现的外星行星中，质量最小的只及月球质量的2倍，质量最大的约达到木星质量的29倍。一些行星很靠近其母恒星，公转一周仅需几小时；另一些则远离母恒星，公转周期长达几千年。五花八门的外星行星之客观存在，其各方面性质与太阳系行星大相径庭，从而对现有太阳系形成理论提出了严峻的挑战。

在确认位于母恒星宜居带内的外星类地行星后，下一步将是设法鉴别行星上是否可能存在生命。一种可行的途径是分析行星的大气成分，比如是否含有氧、氮、甲烷、臭氧等，并与地球在46亿年演化过程中不同时期的大气组成进行比较，从而为外星行星上能否存在生命，以及生命进化可能所处的阶段提供一些重要线索。

近期不时有报道称，哈勃望远镜等空间探测器在一些外星行星上发现了水、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等大气谱线，也发现了“疑似”位于母恒星宜居带内的外星类地行星，从而令科学家们欣喜不已。

展望

“开普勒”计划之后，努力探寻外星类地行星的工作仍将继续。如欧洲空间局曾提出一项“达尔文”计划――发射8艘飞船，6艘各带一个1.5米口径反光镜，排成100米直径的列阵作编队式飞行，同时观测同一目标天体。第7艘把所获得的讯号综合成单个像，第8艘负责把图像传回地球。该设备的分辨率相当于一架100米口径望远镜，观测在红外波段上进行，以期对可能存在的外星行星进行直接成像，并从中发现更多的宜居外星行星，甚至找到外星地球。

显然，找到宜居行星――即使距地球只有几十光年，看来并无“实用”价值，地球人不会、也不可能向此类行星移民。然而，对自然界的好奇心和探究其中之奥秘乃是人类的天性，其中包括生命起源这一重大问题。地球是人类的摇篮，但地球人的目光决不会仅限于地球。不过要记住，发现宜居外星行星，与发现外星人是两码事（但并非风马牛不相及），切不可混淆！前一项目标的实现相对较容易，且已初露端倪（如开普勒-186f），相信不久便可取得明确的结论。后一项目标的实现可要难得多。但不管怎么说，人类正朝着自己的既定目标――探索位于母恒星宜居带内的外星地球、外星生命以至外星人，一步一步坚定地向前迈进。只要持之以恒，未来必会对此做出重大发现。