專家稱備用地球太遠移民不可行
2012年01月13日
“備用地球”太遠了太空移民仍不可行
■核心提示
2011年已經過去，環(huán)顧世界科學舞臺，許多秘密被破解，但還有很多秘密悄然步入了2012年。近日，全球知名科學探索網站“Discovery News”精選出2011年十大被破解及未解之謎，其中第一個未解之謎就是由“開普勒-22B”帶來的。“開普勒-22B”是否宜居？我們如何得知它的情況？人類可以就此搬家嗎？
人類找到了地球的“孿生兄弟”？
遼寧日報：據外媒報道，美國宇航局宣布科學家們利用 “開普勒”太空望遠鏡在距地球約600光年的一個恒星系統(tǒng)中新發(fā)現(xiàn)了一顆宜居行星“開普勒-22B”，它可能成為迄今發(fā)現(xiàn)的第一顆適合居住的類地行星。您能否介紹一下這顆行星的基本情況？
季江徽：“開普勒-22B”直徑約為地球的2.4倍，距離我們約有600光年。盡管其直徑比地球大不少，但是它的軌道公轉周期約為290天，和地球相差不大。它圍繞運行的中央恒星和太陽非常相似，也是一顆光譜型為G的黃矮星，只是質量稍小。 “開普勒-22B”的表面溫度約為21℃，與地球的春天溫度相似，有可能適宜生物居住。
遼寧日報：我們知道生物生存的一個重要條件就是水，“開普勒-22B”上是否有水的存在？
季江徽：美國科學家在研究中發(fā)現(xiàn)的“開普勒-22B”位于“宜居帶”正中。在這一范圍內，水以液態(tài)形式存在的可能性較大，也有更多的機會擁有生命。科學家們目前還不清楚這顆行星的組成主要為巖石還是氣體或液體，其上有沒有液態(tài)水也需進一步考證。因此，“開普勒-22B”是否真的是地球的“孿生兄弟”仍需進一步考量。
遼寧日報：“宜居帶”上的行星，是否就是將來我們可以進行宇宙移民的星球呢？
季江徽：這還需要很多條件：恒星和行星的壽命必須長到足以產生生命、適宜的恒星光度、穩(wěn)定的低離心率行星軌道和自轉傾斜度，以及成分合適的行星大氣等。宜居帶的距離和范圍主要取決于中心恒星的類型。首先，這顆“超級地球”和恒星之間要有一定距離，能夠接受到恒星的光和熱，自轉軸要有一定的夾角形成一年四季。其次，要有比較穩(wěn)定的軌道、比較小的軌道偏心率，還要有液態(tài)水、適合生命存在的大氣。人類之所以可以在地球上繁衍生息，是因為地球受到特別的垂青——它既有磁場，又有大氣。它們就是地球的保護圈。最后，恒星、行星的壽命還要足夠長，長到可以產生生命，這一套都是“生命維持系統(tǒng)”。
當然，要想真的在上面生存，還要有很多條件，除了液體水之外，還要有生命新陳代謝或復制所需的元素、持續(xù)可以采用的能源以及生命體生存的穩(wěn)定環(huán)境等。比如：不存在對人體有破壞作用的物質，諸如毒氣等。
遼寧日報：我記得之前就有媒體報道稱找到了適宜人類居住的行星，如紅矮星“格里澤581d”，為什么這顆行星又稱作是第一顆呢？
季江徽：我們可以理解為，新發(fā)現(xiàn)的行星比起以往的宜居行星來說，所處的條件更適宜人類居住。
兩種搜尋方法尋找“備用地球”
遼寧日報：600光年是一個名符其實的天文數(shù)字，在這么遙遠的區(qū)域，“開普勒-22B”這樣的行星是如何被發(fā)現(xiàn)的？
季江徽：實際上，這些神秘的宜居行星并不容易被觀測到。目前最普遍的兩種搜尋方法是視向速度法和掩星法。
目前已發(fā)現(xiàn)的系外行星大部分是使用視向速度法發(fā)現(xiàn)的。視向速度法原理是：由于行星對恒星有引力作用，遠處的恒星與行星繞共同質心運動，觀測到恒星的光譜發(fā)生了變化（譜移）。當恒星向著地球運動時，光譜向藍端移動；當恒星遠離地球運動時，光譜向紅端移動。通過對變化譜線的測定，我們就可以確定“宜居行星”的存在。
掩星法則不同，它的原理是因為“宜居行星”會圍著恒星轉，從地球的角度看，在旋轉的一個周期內一定有把恒星“擋住”掩蓋恒星光亮的時候，天文學通過測量恒星暗下來的程度，就可以估算出這顆行星的大小，而兩次“擋住”的間隔就是“宜居行星”的軌道周期，同時利用結合視向速度光譜儀測出行星的溫度、亮度和質量，進而考察是否有水、氧氣等等。
“開普勒-22B”就是通過掩星法發(fā)現(xiàn)的。一顆行星通過其恒星和望遠鏡之間時，該恒星的光會變得黯淡，這個事件名叫“凌日”（或“掩星”）。為了確認一顆新行星，科學家們必須觀測到其出現(xiàn)3個凌日事件。開普勒于2009年“上崗”，收集數(shù)據后的第三天，科學家們就觀測到了該行星的首次凌日事件，第三次則發(fā)生于去年12月。開普勒望遠鏡通過捕捉到凌日事件發(fā)生時該恒星變得黯淡的光線，發(fā)現(xiàn)了這顆名為“開普勒-22B”的行星。
遼寧日報：現(xiàn)在已經發(fā)現(xiàn)的，通過克服一些困難，可以成為“備用地球”的行星多嗎？
季江徽：在過去的1000天里，開普勒望遠鏡已經在天鵝座和天琴座之間觀測到了超過15萬顆行星，發(fā)現(xiàn)了約2300顆太陽系以外的系外行星，其中約10顆行星的大小不超過地球的2倍，其中有50多顆處于宜居帶的行星。
遼寧日報：茫茫宇宙中，科學家是否在漫無目的地尋找宜居行星？
季江徽：我們如今探測到的宜居行星都在太陽系外，銀河系內。開普勒太空望遠鏡是一架運行在太空中的口徑95厘米的望遠鏡，向著天鵝座和天琴座的特定區(qū)域進行觀測，因為這個方向上的觀測較少受太陽等天體影響，有利于持續(xù)觀測。此外，這一區(qū)域內也存在較多的恒星及附屬行星。
如果在不久的將來找到了處于宜居帶內的系外類地行星，如何判斷它們是否適合生命存在呢？主要方法是尋找行星大氣光譜中的化學指紋。行星本身不發(fā)光，而是反射中心恒星發(fā)出的光，同時產生紅外輻射。如果行星具有大氣層，行星大氣會對恒星輻射和行星本身的紅外輻射產生特定的吸收。通過掩星法探測比較恒星在掩食前后的光譜變化，能夠得到行星大氣的化學成分信息。通過直接觀測法也能獲取行星的可見光和紅外光譜。通過分析這些光譜，可以判斷出大氣中是否有水、二氧化碳、甲烷、氧氣（或臭氧）等適合生命存在的重要化學成分，這些化學成分的組合被稱為化學指紋。
遼寧日報：原來，開普勒太空望遠鏡觀測到的只是太空中的一個方向。看來，在茫茫宇宙中尋找到一顆宜居星球并不是一件容易的事。
季江徽：是的，非常不容易。其難度可以從兩方面來看：一是宇宙之大、各星體距離之遠，遠遠超過了人類直接觀測的范圍，現(xiàn)代的科學手段雖然已經有了很大的進步，觀測和計算能力范圍有所提高，但仍然十分有限，而有待觀測的星球不計其數(shù)；另一方面，地球及地球生命的產生可以說是一個偶然事件，不排除銀河系中有與地球相似的星球而且有生命甚至高等智能的存在，但是就目前來看，這個生命星球即使有，其存在的比例也是很低的，這給我們發(fā)現(xiàn)和搜索類地行星和外星生命帶來很大的難度。
即使真的適合居住600光年距離仍難逾越
遼寧日報：就像這次發(fā)現(xiàn)的“開普勒-22B”，我們一旦確定其非常適合人類生存，我們人類將如何搬家？
季江徽：即便該行星真的適合居住，人類進行太空移民的可能性也幾乎為零。這顆行星距離地球太遠——有600光年，即使以光速飛行也要600年，我們乘什么進行星際移民是個問題，所以移民并不現(xiàn)實。 “旅行者”號宇宙飛船發(fā)射至今40年，最早的一艘也只飛出了最多150個天文單位（即150個太陽與地球的平均距離），所以，以現(xiàn)有科技手段，人類實施太空大搬家不大可能。
遼寧日報：這么說來，我們人類如果要搬家，目前還是選擇太陽系內部的行星比較合適。
季江徽：不到萬不得已，沒有必要進行宇宙移民。要進行宇宙移民，肯定是太陽變成了紅巨星，它吞噬了地球。所以，大家才紛紛逃離地球。
遼寧日報：在太陽系內部，哪些星球可能是比較適宜的選擇？
季江徽：實際上，現(xiàn)在天文學家們比較心儀的幾個候選是太陽系的木衛(wèi)二、土衛(wèi)二、土衛(wèi)六、火星，美國宇航局甚至把目光投向了遙遠的冥王星，因為他們猜測冥王星上有液態(tài)氨。 2015年，美國宇航局將啟動對冥王星的探測，由于冥王星距離太陽太遙遠，圍繞太陽轉一圈要幾百年的時間，那里的所有東西都是冰冷的，美國宇航局要揭開冥王星這個冰冷世界的奧秘。
科學家們最欣賞的還是火星。當然移居火星也是最現(xiàn)實的，它的自轉和地球很接近，是23個小時多一點，火星上曾經有湖泊，只是后來發(fā)生了氣候變化結成了冰。美國宇航局曾經探測到火星的兩極存在冰。不久的將來，美國火星實驗室“好奇號”將在火星上著陸，分析火星上是否存在有機物和水。
專家檔案
季江徽 中科院紫金山天文臺研究員，曾在芬蘭、美國、澳大利亞等國的科研單位和大學做訪問學者。現(xiàn)為中國天文學會和國際天文聯(lián)合會會員，中國空間科學學會會員，亞太地球科學學會會員，美國行星學會會員，曾任第12屆、13屆“中美Kavli前沿科學研討會”組委，AOGS 2010行星科學分會科學組委，中國天文學會行星專業(yè)委員會主任。
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