http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2011-12-12
文·本报记者 姜晨怡
编者按
最近关于外太空的新闻真是不少。先是俄罗斯和美国各派出火星探测器“福布斯—土壤”和“好奇号”前往火星侦查，俄罗斯失败的消息已经传来，而美国则雄心勃勃。
随后，参与“火星500”航天实验的志愿者王跃归来，带来了关于火星探索的新消息。人们对 火星——这一太空中与地球最相似的、可能成为人类未来第二家园的星球的探索正热火朝天，美国宇航局又声明宣布，该局通过开普勒太空望远镜项目证实了太阳系 外第一颗类似地球的、可适合居住的行星。
很多年以来，我们都在寻找适合人类居住或生存的星球，这一脚步从未停止。我们探索外星球绝 对不仅仅是为了满足好奇和幻想，而往往是为了推动科学技术巨大的发展。用什么标准来判断一个星球是否和地球相似？我们为什么如此热衷对火星的研究？太阳活 动对这些探索过程有什么影响？本报将推出寻找太空中的家园系列报道，试图揭示探索过程中的奥秘与发现。
美国宇航局5日发布声明宣布，该局通过开普勒太空望远镜项目证实了太阳系外第一颗类似地球的、可适合居住的行星。
科学家们表示，这颗行星的表面温度约为70华氏度(相当于21摄氏度)，非常适宜生物的居住。此外，这颗行星上还可能有液态水，而液态水被科学家视为生命存在的关键指标。
很多年以来，我们都在寻找适合人类居住或生存的星球。最近，美国国家科学基金会宣布，天文学家新发现一颗太阳系外行星 gliese 518g，这颗行星可能像地球一样具备生命存在所需必要条件，甚至比火星更适合人类居住。在不断探索未知行星的过程中，科学家们对原来的判 断标准，也就是“地球相似指数”产生了新想法，有不少人说，“宜居星球”的标准该改改了。
这些新发现的宜居星球和类地行星各有什么特点？地球相似指数是什么？有哪些判断标准？科学家们试图修改相似指数中的哪些指标？
潜在家园并非“拎包入住”
不得不先泼一盆冷水的事实是，不少人把天文学名词“宜居”理解为适合人类居住，但对于天文学家来说，“宜居”指适合生命存在，哪怕这个生命只是一个单细胞细菌。
事实上，宜居带指行星距离恒星远近合适的区域。在这一区域内，恒星传递给行星的热量适中，行星不会太热或太冷，星球上可能存在液态水。
据报道，美国发现的这颗行星被命名为开普勒-22b (Kepler-22b)，距离地球约600光年之遥，体积是地球的2.4倍，这是目 前被证实的从大小和运行轨道来说最接近地球形态的行星，它像地球围绕太阳运转一样每290天环绕着一颗类似于太阳的恒星运转。开普勒科学队副队长纳塔利· 巴塔尔哈说，这颗行星处在“宜居带”之中，它上面的温度既不是太高也不是太低，有可能存在液态水，而且这颗行星环绕着一颗类似太阳的星球运转。不过，科学 家们目前还不清楚这颗行星的组成主要为岩石还是气体或液体。
此前，美国科学家宣布发现了一颗迄今在环境条件上和地球最为类似的行星。这颗系外行星位于天秤座，距离地球约198万亿公里(约合20光 年)，名为Gliese 581g。其不同寻常之处在于它围绕其中央母恒星的运行距离不近也远，恰好位于所谓的“宜居带”当中。如果用一种被称之为“地球 相似指数”来表示一颗星球和地球之间的相近程度，并且以地球本身作为1，那么火星的这一指数为0.7，而Gliese 581g则高达0.89。尽管美国 科学家对这颗行星的发现兴奋不已，但一些天文学家对其是否存在尚存在分歧。
类地行星≠宜居星球
不久前，《天体生物学》杂志刊登了一个国际科学家小组关于宜居星球的报道。他们评选出哪些卫星和行星最有可能存在地外生命。这些最适于居住的地外星球包括土卫六“泰坦”和系外行星Gliese 581g，后者位于天秤座，距地球大约20.5光年。
在所发表的研究论文中，研究人员提出了两个不同的指数，一个是与地球相似度指数，一个是行星适居性指数。
与地球相似度指数用于评比行星和卫星与地球的相似程度，评比时参考体积、密度、与母星之间的距离等因素。行星适居性指数关注的则是其他一系 列因素，例如是否拥有多岩或者冰冻地表，是否拥有大气层或者磁场。此外，这一指数还关注任何生物体能获取的能量，或者通过母星的光照，或者通过所谓的潮汐 扰动过程。最后，行星适居性指数还要考虑是否存在有机化合物，至关重要的化学反应能否获得液态溶剂支持等。
与地球相似度指数的评比中，得分最高的是Gliese 581，得分为0.89。天文学家对Gliese 581系统进行了深入研究。这个 系统由4颗，也可能是5颗行星环绕一颗红矮星构成。此外，系外行星HD 69830 d的得分也相对较高，为0.60。这颗行星体积与天王星相当，位于船 尾座。据信，HD 69830 d位于所谓的“金发区”，这一区域与母星不远不近，表面温度既不太高，也不太低。
行星适居性指数的评比结果和与地球相似度指数截然不同，得分最高的是土卫六“泰坦”，适居性指数达到0.64。
宜居标准该改改了：科学家建议放宽宜居区标准
对于可能的地外生命家园搜索范围，天文学家存在争议，有人便指出不应将搜索范围仅限于类地行星。换句话说，应该放宽所谓的宜居区标准。
上世纪70年代，天文学家迈克尔-哈特提出宜居区的概念。他指出地球是银河系内唯一一个可能的生命家园，原因在于只有地球处于宜居区。宜居 区所在的区域温度不太高，也不太低，允许液态水存在。天文学家报告称，在已经发现的700多颗系外行星中，只有很少的一部分处在宜居区。据《国际财经时 报》报道，科学家表示将搜寻地外生命的范围仅限于类地行星，这等于排除了外星生物存在于其他星球的可能性。
一位名叫罗宾·华兹华斯的科学家介绍，他们的发现进一步证明，太阳系外的星球环境与太阳系内完全不同，前者更加多样化；如果要寻找人类的第二个家园，触角还是要伸到太阳系外才行。华兹华斯还表示，之前虽然数次传出发现类地星球的消息，但是学界对此一直意见不一。
目前，天文学家们正在考虑扩大宜居带定义的范围，增加作为判定条件的依据，以便尽可能不会将一些可能存在外星生命的星球排斥在探索范围之 外。专家表示目前人们已经发现了700多颗系外行星，但是其中仅有很少一部分位于宜居带范围之内。有科学家指出，我们将搜寻外星生命的眼光局限在寻找和地 球生命相类似的生命方面将可能将一些潜在的外星生命形式排除在外。
美国华盛顿州立大学地球与环境学学院天体生物学家德克·舒尔茨·马库奇和波多黎各大学建模研究专家阿博尔·门德兹认为宜居区的标准应该放 宽。舒尔茨·马库奇在接受《国际财经时报》采访时表示：“第一个应该考虑的问题是，是否能够在其他世界发现类地环境？经验告诉我们，这种环境能够允许生命 存在。第二个问题是，系外行星存在类似环境是否意味着能够孕育出其他形态的生命？这种生命对我们究竟是已知还是未知？”
我们一直认为生命无法在没有水的情况下存在，但随着在最为恶劣的环境下发现极端微生物，科学家开始重新思索生命的定义。舒尔茨·马库奇建议 将搜索范围的标准分为两大不同指标，一个是与地球相似度指标，用于描述与地球相似的行星；另一个是行星适居性指标，用于描述一系列化学和物理参数，它们在 理论上能够让生命存在于与地球相似度很小并且更为极端的环境下。
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银河系或存在10亿个允许生命存在的星球 多位于核心区
据英国《每日邮报》报道，开普勒空间望远镜是专门设计用于搜寻太阳系外类地行星的，到目前为止这架太空望远镜已经在我们银河系内的天鹅座区域发现了1235颗系外行星。
一项最新研究显示银河系中可能有大约1.2%的恒星拥有可以支持生命存在环境条件的行星，也就是说银河系中可能存在大约10亿个可以允许生 命存在的世界，并且其中的大部分可能都分布在接近银河系核心区的部位。相比之下，地球远远位于这一距离之外，孤零零地运行在银河系的边缘。
研究者们表示，银河系核心位置尽管存在频率较高的超新星爆发，这样的爆发事件将摧毁周遭数光年范围内的所有生命形式。但是由于银河系核心区行星的形成效率更高，宜居环境出现的速度可以超过被毁灭的速度，从而允许大量适合生命存在的星球的存在。
这项研究工作是由美国夏威夷大学的迈克尔·古瓦洛克教授(Michael Gowanlock)领导的。目的是对银河系内的宜居带范围模型 进行研究。他们的模型计算结果显示大约有1.2%的行星系统只要给予足够长的时间都能够产生可以支持生命生存的环境。而银河系古老的年龄暗示，只要没有遭 遇超新星爆发冲击的可怕厄运，完全有可能在其中的某些星球上已经诞生了生命。
这个研究小组称，在银河系核心区，高效的行星形成速率将能够盖过超新星毁灭它们的速度。小组同时还发现，银河系核心区域可能比外缘位置更加 宜居。“我们发现银河系的核心部位并非完全不适合生命存在，我们在这一区域发现了广阔的宜居带。星系核心区较高的恒星密度和毁灭率导致了较高的金属度，这 就为适合生命存在的类地行星的形成提供了丰富的材料。”
而引发激烈争议的一点在于：究竟哪些条件下才会真正出现“宜居”的行星？早期开普勒望远镜数据分析结果的发布也曾引发一片争议，因为其中一位研究人员宣称，他认为银河系中大约1/3和太阳相似的恒星(即光谱型为F，G或K)都可能拥有类地行星。
[科技日报]