■提要

　　在茫茫的宇宙當(dāng)中尋找類似地球這樣適合生命繁衍的行星是十分艱難的,，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人類不屈不撓的精神使得我們正在不斷地接近這個目標(biāo),，但是即使找到了這樣的星球，最近也是離我們幾個光年,，少數(shù)去幾個人可能,，要把地球上幾十億人都搬過去是不太可能的。所以有幸生活在地球上的人們,，應(yīng)當(dāng)共同擔(dān)負(fù)起保護(hù)地球的神圣責(zé)任,，讓宇宙中人類這個高貴的物種多延續(xù)幾代。

　　■主辦：北京市科學(xué)技術(shù)協(xié)會

　　■協(xié)辦：北京科普發(fā)展中心嘉星一族,、首都圖書館

　　■時間：2011年12月

　　■地點：首都圖書館

　　■主題：尋找第二個地球

　　■主講人：陳建生（天文物理學(xué)家,、中國科學(xué)院院士、中科院國家天文臺研究員）

　　■開普勒-22b能成為第二個地球嗎,？

　　2011年12月,，美國宇航局所屬的開普勒空間望遠(yuǎn)鏡確認(rèn)了一顆行星,，它位于所謂的“可居住帶”中，并且圍繞一顆和我們的太陽非常相似的恒星公轉(zhuǎn),。這顆系外行星被命名為開普勒-22b(Kepler-22b),。那么這就引起了“第二個地球”的問題，這顆22b也能適合人類生存嗎,？

　　在這個問題上,，到2011年2月為止，科學(xué)家共發(fā)現(xiàn)了54顆位于可居住帶的系外行星候選體,，22b是首顆得到確認(rèn)的,。但是尋找第二個地球，這件事情并不是那么簡單,，實際上人類離真正找到第二個地球,，路程還非常遙遠(yuǎn)。22b會不會成為第二個地球,，還有很多未知數(shù),。

　　大家知道宇宙當(dāng)中有幾千億個銀河系，每一個銀河系差不多有一千億個太陽,，把這兩個數(shù)乘在一起,，宇宙當(dāng)中大概會有十的二十三次方個“太陽”。像太陽這樣會發(fā)光的恒星,，我們所居住的銀河系里面大概就有兩千億個,。太陽并不在銀河系的中心，而是在從中心到邊緣三分之一的地方,，并不是一個很耀眼的位置,。

　　假如說我們能夠跑到銀河系比較遙遠(yuǎn)的一個恒星上來看太陽的話，實際上太陽系也就消失在茫茫繁星之中,，是一個很不起眼的點,；如果我們的飛船很靠近土星，回過頭來拍地球,，看到的地球只是一個光點,；那么要是從月亮上來看地球呢？它就像我們從地球上看月亮那樣大了,。地球雖然在茫茫宇宙當(dāng)中是并不起眼的一個星球,，但是上面卻存在非常美麗的家園，繁花似錦,，綠樹成蔭,，還有我們?nèi)嗽斓奈拿鳌?/p>

　　既然說22b很像地球，我們就先來看看，地球究竟是什么樣一個星球,？為什么在地球上適合生命的繁衍,？然后我們回過來再來看22b是不是具備這些條件。

　　■為什么地球適合生命繁衍,？

　　第一個判據(jù)就是可居住帶,。就是這個行星和它自己的母星（恒星），在一個非常合適的距離上,，太近就太熱,，太遠(yuǎn)就太冷，那么不近不遠(yuǎn)的地方最適合生命繁衍,。你看,，太陽有九大行星（當(dāng)然冥王星后來被降格為矮行星，不再是大行星了）,，最里頭是水星,，而火星又遠(yuǎn)了一點，地球剛好處在這樣一個溫度合適的地帶,，就可居住,。

　　除了距離合適以外，地球還有合適的質(zhì)量,。地球的質(zhì)量如果比現(xiàn)在小,，像火星那樣，它的引力就不夠大,，就不可能吸引住一個比較合適的大氣,，所以火星上基本沒有大氣，因為大氣里面的分子都逃逸掉了,。一個沒有大氣的行星是很難有生命的，首先白天太陽會直接照射到表面,，溫度非常高而且紫外線非常強(qiáng),，沒有大氣的話就沒法阻擋一些高能粒子對它表面上的生命進(jìn)行轟擊；到了夜晚,，由于沒有大氣,，產(chǎn)生溫室效應(yīng)，散熱又散得太快,，變得非常冷,。

　　地球繞太陽的公轉(zhuǎn)軌道，幾乎是圓軌道,，地球繞太陽轉(zhuǎn)一圈,，離太陽最近、最遠(yuǎn)的兩個點的距離只差1%，這就使得地球差不多是整個軌道周期上都在可居住帶,。假如這是個非常橢圓的軌道,，有些地方離太陽非常遠(yuǎn)，有些非常近,，那么在繞日一周的軌道周期當(dāng)中,，就不可能每一個點都在可居住帶上，也就是說不可能時常保持一個很合適的溫度,。地球上溫度比較穩(wěn)定,，就是圓軌道造成的。

　　另外地球有自轉(zhuǎn),。地球的自轉(zhuǎn)周期是很好的,，24小時轉(zhuǎn)一圈，使得東西兩半球都有機(jī)會被太陽曬著,，溫度不會差太多,。要是沒有這個自轉(zhuǎn)的話，地球就是個陰陽球,，對著太陽那一面非常熱,，背著太陽那一面非常冷。

　　地球還有個很合適的軌道傾角,。就是說地球的自轉(zhuǎn)軸跟地球繞太陽的公轉(zhuǎn)軸之間有一個夾角,，差不多二十三度多一點，我們叫它黃赤交角,。這個是什么意思呢,？就是地球有半年的時間太陽是處在北半球，另外半年時間在南半球,。有些行星的交角,，比方說天王星有97度，就沒有這種好條件了,。

　　地球還有合適的密度,。地球是一個巖石型的行星，而木星是一個氣體型的行星,。地球的平均密度是五克左右每立方厘米,，這個密度差不多是巖石的兩倍，人可以行走,，可以蓋房子,，修鐵路。而木星的密度是0.69克,，比水的密度還低,，所以你不可能設(shè)想在木星上蓋房子,，人也站不住。

　　另外,，地球有磁場,。指南針發(fā)明出來，可以指向,，但磁場不僅是用來指向的,。太陽雖然會送來光和熱，但是它也發(fā)出一些高能粒子,。大家知道,，高能粒子對身體是有傷害的，你不能夠天天去照X光,，而比X射線厲害得多得多的射線有的是,，比如說伽馬射線，還有一些能量很大很高的粒子,，如果轟炸到地球上來,，那么生命是很難活下去的。那么靠什么來保護(hù)我們呢,？磁場,。來自宇宙的高能的帶電粒子進(jìn)了磁場以后就會被它拽住，這樣它就進(jìn)不了大氣圈了,，它就在地球上空的電離層里面打轉(zhuǎn),，所以地球磁場是我們的保護(hù)層。

　　■為什么它們是地球的幸運星,？

　　談完地球,，我們再談?wù)勊哪负阈牵褪翘枴?/p>

　　很幸運我們的太陽每天照耀地球,，它的質(zhì)量也是不大不小,，發(fā)出的熱量不大也不小，上帝造物就造得這么靈巧,。大概是在135億年以前宇宙開始大爆炸,，然后就慢慢演化，大概到了最后的五億年才開始有生命的繁衍,，也就是說，太陽誕生四十五億年,，基本上沒有生命活動,，是最后五億年生命活動才開始。從原初生命演化到今天的人類,，也差不多花了五億年時間,。我們今天是很幸運地生活在這樣一個質(zhì)量剛好的太陽周圍,。

　　要想使地球永遠(yuǎn)處在可居住帶的溫度，除了我剛才講的,，還有一條很重要的原因,，就是給你光照的那個太陽它不能亂變。如果它一會兒熱一會兒冷,，那么盡管還是這個距離,，地球上的溫度也照樣會發(fā)生劇烈的變化。而像太陽這種溫度不變的恒星實際上不多,，大概至少有一半的恒星,，溫度是經(jīng)常變化的，而且變得非常激烈,。還有,，沒有另外的恒星跟太陽在一起，它只有行星,，所以叫做單星系統(tǒng),。在宇宙當(dāng)中，單星大概也只占一半,，有50%的恒星是雙星系統(tǒng)甚至三星系統(tǒng),、四星系統(tǒng)。如果太陽不是單星而是雙星的話,，它就會嚴(yán)重地影響繞著它公轉(zhuǎn)的一些行星的軌道,，如果地球的軌道發(fā)生很大的變化，它就不可能永遠(yuǎn)地處在一個所謂的可居住帶,。

　　地球還有一個很好的鄰居叫木星,，它的質(zhì)量非常大，大概是地球的三百倍,，所以外面有什么有害的東西要想來訪問地球,，首先要過木星這一關(guān)，比如說粒子硬是打進(jìn)來,，如果沒有木星擋一下,，就跟踢足球沒有守門員一樣，球一下就踢到你的門里去了,。

　　另外還有月亮對地球的作用,。月亮有潮汐力，它起到一個攪拌器的作用,，使潮水在整個地球里面晃來晃去,，所以海洋里的養(yǎng)分都非常的均勻。

　　■為什么找不到像地球一樣的行星,？

　　我們?nèi)祟悶槭裁茨軌蛟诘厍蜻@樣一個美麗的家園里面生存繁衍,？它確實給我們一個非常好的生活環(huán)境,。可是宇宙當(dāng)中有十的二十三次方個太陽,，所以人類就會想,，盡管地球這么完美，難道就沒有第二個地球嗎,？所以人類就踏上了尋找第二個地球的歷程,，希望找到自己的鄰居，那么我講一講人類尋找自己鄰居的活動,。

　　形象地說,，我們向外星發(fā)過名片，打過電報,，也收聽過廣播,，結(jié)果這些手段到目前為止可以說沒有任何結(jié)果。那么經(jīng)過這樣一個歷程之后,，科學(xué)家想,，我們可能要更加腳踏實地地來做這件事情。怎么辦呢,？我們知道,，如果有地外生命，那一定是發(fā)生在行星上,，而不會發(fā)生在恒星上,，所以第一件事情就是應(yīng)該去尋找太陽系以外，別的恒星有沒有像地球一樣的行星,，就是尋找太陽系外的類地行星,，開普勒-22b現(xiàn)在被認(rèn)為是最像地球的一顆行星了。

　　尋找太陽系外的類地行星,，實際上也就最近二十年的事情,。第一次發(fā)生在1995年，一個瑞士的天文學(xué)家小組在天鵝座發(fā)現(xiàn)了一顆星,，距離我們48光年,，邵逸夫天文學(xué)獎就獎給了發(fā)現(xiàn)這顆星的兩個科學(xué)家，瑞士的天文學(xué)家米歇爾·麥耶爾,、美國加州大學(xué)伯克利分校的杰弗里·馬西,。

　　自從有了第一個發(fā)現(xiàn)，后面的就很容易了,，不斷有報告,，又發(fā)現(xiàn)了太陽系以外別的恒星系統(tǒng)有行星。但是,，把這些發(fā)現(xiàn)考察一下就發(fā)現(xiàn),，沒有一個像我們的地球，它們更像什么,？更像木星,。體積很大，質(zhì)量很大,，找不到像地球這樣一個大小的行星,。那么這是不是意味著宇宙當(dāng)中，除了地球以外其他的行星都是像木星那樣呢,？答案是——可能這個跟觀測的手段有關(guān)系,。在遙遠(yuǎn)的地方發(fā)現(xiàn)一個行星，總是個頭大的容易發(fā)現(xiàn),，找不到像地球這樣質(zhì)量的行星,，不意味著宇宙當(dāng)中沒有這樣的行星，而是你現(xiàn)在的探測手段還不夠先進(jìn),。

　　■尋找系外行星有什么方法,？

　　我給大家介紹一下現(xiàn)在我們尋找系外行星的一些最常用的方法。

　　一種辦法是直接去找太陽系以外的地球,，但是這個太困難了,。為什么呢？

　　第一個困難地球跟太陽離得太近了,。它們之間的距離是一億五千萬公里,，看上去很大，可是如果你把它擺到一百光年那么遠(yuǎn)的地方,，那么這兩個之間的角距離（由一定點到兩物體之間所量度的夾角）就非常小了,。像地球跟太陽這樣的一對天體，把它放到天狼星那么遠(yuǎn)的地方,，它們之間張角只有0.35角秒,，如果放到天津四（天鵝座α星，已知的最明亮的恒星之一）那么遠(yuǎn),，那張角只有千分之一角秒了,，挨得太近。一角秒是什么概念呢,？我們說兩個天體一個角秒,，就相當(dāng)于你把一顆芝麻放到200米遠(yuǎn)的地方，你看這顆芝麻就是一個角秒,，非常小,。

　　第二個困難，地球跟太陽亮度差得很大,，差了大概一千億倍,，然后挨得又那么近,。你怎么看得見它？在很亮很亮的恒星周圍,，用望遠(yuǎn)鏡直接去找這么個離它很近,，像地球一樣的東西，當(dāng)然是非常非常困難,。

　　第三個困難呢,？除了太近、反差太大,，另外還太暗,，用星等的概念，差不多是叫三十等,。你們看天上的星星不用任何望遠(yuǎn)鏡,，肉眼可以看到的是六等星，星等數(shù)每增加1,，大約暗了2.5倍,，那么三十等星差不多是十的十次方，直接的辦法不能看,，所以現(xiàn)在只能找間接的辦法,。

　　間接的方法就是說，我不是去直接看它的行星,，而是看它的母星,。比如說把太陽跟地球放在100光年遠(yuǎn)的地方，我不是去直接看地球,，而是去觀測太陽,，看看太陽會發(fā)生什么變化，通過這個變化來推測它邊上有個地球,。有些什么間接方法呢,？

　　因為恒星跟它的行星都是繞著一個公共的質(zhì)量中心在轉(zhuǎn)，這個質(zhì)量中心的位置跟恒星的中心位置挨得非常近,，但不是完全等同的,，所以看上去就是地球繞著太陽轉(zhuǎn)。所以如果你去觀測這個恒星的話,，它在天上不是不動的,，是在轉(zhuǎn)圈，只是圈的半徑很小,。也就是說,，由于有行星的存在，恒星會晃動。

　　還有一個辦法,，在這個晃動過程當(dāng)中,，光會時而朝著我們過來，時而遠(yuǎn)離我們而去,。在物理上有個原理,，當(dāng)光朝著我們飛來的時候，顏色會變藍(lán),，離我們遠(yuǎn)去的時候，顏色會變紅,，這個叫做多普勒效應(yīng),。一會兒變藍(lán)顏色，一會兒變紅顏色,，那么通過測量顏色的變化,，可以算它的速度，通過算速度,，就可以解出來它上面有沒有行星,。1995年發(fā)現(xiàn)了第一顆太陽系外的行星，就是用這種方法發(fā)現(xiàn)的,。

　　第三種辦法是遮擋,。如果有一個地球繞著太陽轉(zhuǎn)，它時而會從太陽前面走過去,，時而會從背面轉(zhuǎn)過去,，當(dāng)從前面走過去的時候，太陽光就會有凹坑,，相當(dāng)于日食月食,，這個坑的大小就跟這個行星的大小有關(guān)系。行星越大,，這個坑就越深,，行星越小，坑就越淺,。

　　■為什么“開普勒”能發(fā)現(xiàn)類地行星,？

　　間接方法的尋找類地行星，雖然比直接方法容易一點,，但也是非常困難,。首先就是我們剛才講的，母星和行星是繞著公共質(zhì)心在轉(zhuǎn),，那么這個質(zhì)心是跟質(zhì)量成反比,，晃動量跟距離成反比。假如地球跟太陽的質(zhì)量差三十萬倍，就意味著太陽在天空當(dāng)中,，由于地球的存在繞著中心晃動的半徑,，是地球繞太陽半徑的三十萬分之一，這樣一個距離,，如果你把它擺到天狼星那么遠(yuǎn),，它晃動的角度大小只有百萬分之一角秒。這是什么概念呢,？相當(dāng)于從地球上去看,，有一個人在月球上拿一枚硬幣，這個硬幣是邊朝著你的,，從硬幣的正面轉(zhuǎn)到硬幣的反面,，對地球的張角就是百萬分之一角秒。這么微小的晃動,，要能夠探測出來,，在技術(shù)上不是很容易的事情。

　　其他困難也很多,，再特別講一講遮擋,。如果繞著太陽這種恒星轉(zhuǎn)的，是一個木星那樣個頭比較大的行星,，它把恒星的光擋掉多少呢,？擋掉1%。它從前面走過去,，太陽光路會暗1%,，如果是像地球這么小的行星，那么擋光只擋了萬分之一,。

　　所以尋找地外行星是個非常高技術(shù)的活動,，可以說需要用到當(dāng)今人類技術(shù)發(fā)展最尖端的部分。現(xiàn)在講一講“開普勒”計劃,。2009年,，美國宇航局發(fā)射了第一個專門用于尋找類地行星的空間望遠(yuǎn)鏡——“開普勒”（Kepler）。為什么“開普勒”能夠發(fā)現(xiàn)22b這顆星,？用的方法就是我剛才講的第三種間接方法,，去測當(dāng)一個行星經(jīng)過它的恒星前面的時候，會擋掉多少光,。如果要測地球這樣大小的東西,，擋掉的光是萬分之一，怎么樣把萬分之一光的變換測出來,？這就是“開普勒”設(shè)計的時候要解決的一個問題,。

　　我們知道，沒有一個光源發(fā)出來的光是不變化的，我們用噪聲來統(tǒng)計這種變化,。用光子來說,，它平均每秒鐘發(fā)出一百個光子，但它不是每時每刻都有一百個光子出來,，一會兒多一會兒少,，這就是噪聲。它一會兒會發(fā)出來九十個光子,，一會兒發(fā)出來一百一十個光子,，本身就有起伏。十個光子跟一百個光子之比是十分之一,。你現(xiàn)在想去測萬分之一起伏的東西,，而光本身起伏是在十分之一，這樣萬分之一的變化早就被淹沒了,，所以第一件事情要解決的就是，測到的光本身的起伏要小于萬分之一,。那怎么辦呢,？就要接收大量的光子。那么計算一下,，要能接收多達(dá)一億個光子,，才能使那種起伏被檢測出來后不會淹沒在統(tǒng)計噪聲里頭。這就是“開普勒”設(shè)計的第一個困難：怎么樣去把星體的十的八次方的光子收過來,？

　　那么“開普勒”么解決這個問題的,？第一，光源要足夠亮,。很暗的光源不可能提供這么多光子,，所以這個望遠(yuǎn)鏡只觀測比十二等星要亮的星，暗星我不觀測,，亮于十二等星才有可能提供這么多光子,。第二個，望遠(yuǎn)鏡的口徑要足夠大,。所以就用口徑將近一米的望遠(yuǎn)鏡,，用非常靈敏的CCD做探測器，把光學(xué)影像轉(zhuǎn)為數(shù)字信號,，還有一些其他的尖端技術(shù),，才有可能消除噪聲，把萬分之一的變化檢測出來,。

　　■人類會在200年內(nèi)滅亡嗎,？

　　一般來說現(xiàn)在我們要去想尋找有生命的行星分這么幾個步驟：

　　第一步，要找到太陽系以外的行星，然后你要看到它的質(zhì)量,、溫度,、密度是不是合適。然后還要去測它有沒有大氣,。有了大氣以后還要去測它有沒有生命,。目前為止有什么辦法去判斷它有沒有生命呢？那就看大氣里面的分子了,，比如大氣里面有沒有水分子,，有沒有像甲烷這種東西。為什么要測甲烷呢,？因為如果有生命的話,，它有排泄物，排泄物里面就有這個甲烷,，那就說明它上面有生命活動,，有新陳代謝，有排泄糞便,。還有二氧化碳,，這些都是生命活動當(dāng)中會產(chǎn)生出來的東西。完成這么多步驟談何容易,！

　　要有氧,，要有臭氧，要有甲烷,，要有水,，就是這些分子在地球里面起生命作用的?？梢员容^一下大氣情況,，地球大氣跟火星大氣、跟金星大氣都不一樣,，所以觀測行星的大氣的時候,，要能夠測到這些分子帶，才有可能來說明上面有沒有生命,。

　　在茫茫的宇宙當(dāng)中尋找類似地球這樣適合生命繁衍的行星是十分艱難的,，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人類不屈不撓的精神使得我們正在不斷地接近這個目標(biāo)，但是即使找到了這樣的星球,，最近也是離我們幾個光年,，要遷移地球上的人類幾乎不可能，少數(shù)去幾個人可能,，要把地球上幾十億人都搬過去是不太可能的,。所以有幸生活在地球上的世世代代的臣民們,，應(yīng)當(dāng)共同擔(dān)負(fù)起保護(hù)地球的神圣責(zé)任，讓宇宙中人類這個高貴的物種多延續(xù)幾代,。人類科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)步把地球資源轉(zhuǎn)變?yōu)榻裉斓奈拿?，與此同時也在不斷消耗地球的資源，所以人口的增長以及科技發(fā)展,，像汽車,、飛機(jī)、冰箱,、空調(diào)等等,，大幅地加速了人類消耗地球資源和排放廢品廢氣，所以人類的毀滅不是天文的原因,，不是因為太陽死掉而是人類自己毀滅自己,。

　　著名物理學(xué)家霍金預(yù)言，地球上人類會在200年內(nèi)毀滅,，這個不是聳人聽聞,。美國廣播網(wǎng)采訪霍金，他認(rèn)為人類要想延續(xù)就要遷到別的星球去,，我的感覺是不太可能,。2009年美國廣播公司制作過一部科學(xué)片，叫《地球2100》,，這個科教片里面假想一個出生在2009年的小女孩到了2100年，目睹了地球上的人類如果不改變自己的生活方式,，在未來九十年內(nèi)如何毀滅自己,，很值得大家看一看。

　　謝謝,！

　?。ū疚母鶕?jù)錄音整理，未經(jīng)主講人審定）