發現“第二地球”又怎樣：比三體遠十倍，坐飛船要57萬年

盡管美國國家航空航天局（NASA）近來在太空探索上經費吃緊，但他們今天又成功搶到了新聞頭條。北京時間2017年2月23日凌晨2點（美國東部時間2月22日下1點），NASA舉行新聞發布會，宣布其通過斯皮策（Spitzer）太空望遠鏡首次發現了一個圍繞擁有7顆類地行星的星系。這“一條藤上七個瓜”，圍繞一顆距離地球39光年的超冷矮星TRAPPIST-1公轉，它們都與地球大小相似，其中三顆處于宜居帶內，可能存在液態水。

這個新聞重啟了我們的地球是不是宇宙中“孤獨的星球”這個問題，點燃了藍色星球居民的好奇心。不過，在對茫茫宇宙中可能存在的同伴進一步遐想之前，我們也需要認識到，這并不是人類第一次發現適宜生命居住的類地行星。那么，這次發現有哪些與眾不同之處？NASA將如何驗證這些類地行星上液態水、甚至是生命存在的可能性？人類距離找到“第二顆地球”、地外生命還有多遠？

NASA的這個發現的重要意義主要有兩點。第一，這是人類第一次在同一顆恒星周圍找到這么多類地行星，而且全部與地球大小相似，其中三顆可能存在液態水，對于研究者來說無疑是個“富礦”。這給了人類更大的信心去尋找更多的類地行星。

第二，這個行星系統是圍繞一顆超冷矮星公轉的，矮星的溫度要比我們的太陽低得多。在過去很長時間，開普勒太空望遠鏡是尋找類地行星的主力干將，它的注意力集中在與太陽類似的、更高溫度的恒星上。而研究者把目光轉向超冷矮星不久，就有了這么大的成果，驗證了這個新方向的可行性。NASA預測，未來將在超冷矮星周圍發現更多類地行星。

那么，這個研究團隊下一步打算做什么呢？麻省理工學院地球大氣與行星科學系的Julien de Wit博士告訴媒體，他們需要在未來的20到25年間進行大量合作，研究這些行星。具體包括：（1）算出它們具體的質量；（2）分析出它們大氣層的類型；（3）判斷出它們是否地表有液體水存在；（4）尋找生命的痕跡。

NASA斥資88億美元打造的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，將于2018年升空，加入這項研究。而預期在2020年竣工的歐洲大麥哲倫望遠鏡也計劃成為其中一員。不過，研究團隊眼前要做的第一步，是要利用退役在即的哈勃望遠鏡，找到由水或甲烷組成的大氣層。

目前這7顆類地行星承載著研究者的熱情和公眾的目光，不過，在國家天文臺科學傳播中心主任、行星科學專家鄭永春博士來看，不管是“第二顆地球”還是“外星人”，我們都需要保持謹慎的期待。

首先，這并不是人類第一次發現處于宜居帶的類地行星。所謂宜居帶，指的是溫度范圍允許液態水存在的環境，像地球在太陽系中的鄰居火星，也處于宜居帶內。但迄今為止，我們還沒有在太陽系內發現地外生命。

其次，盡管這次發現的TRAPPIST-1，就距離來說已經比較近了，39光年（約3.7X10^14千米），要比之前發現的很多類地行星要近，但對人類目前的科技來說依然是遙不可及的。39光年是什么概念？按目前人類最快的航天器、NASA“新視野”號的速度7.5萬千米/小時來計算，也需要57萬年才能到達！而劉慈欣筆下的“三體文明”，距離地球只有4光年。

因此，在短期內，地球依然會是一顆“孤獨的星球”。就像鄭永春在2015年寫的關于系外行星的一篇文章標題，“除了地球，我們別無他所”。

附：《除了地球，我們別無他所》

所謂系外行星，就是位于太陽系之外，圍繞另一顆恒星運行的行星。但由于行星本身不發光，行星表面的反射光相對恒星而言是極為微弱的，常常被掩蓋在母恒星的光輝內。所以，從距離地球達數百光年以遠的恒星系統中發現行星是很困難的。并非所有恒星都有行星，因此系外行星的發現給了我們很大的驚喜。早在1855年就有天文學家宣稱發現了系外行星，但直到1992年，人類才首次發現有質量與地球相近的天體環繞著脈沖星PSR B1257+12。銀河系里面有上千億顆恒星，如果1%的恒星擁有自己的行星，則太陽系外的行星將達數十億顆。

系外行星觀測在最近幾年取得了重要進展，截至2015年1月12日，已確認的系外行星達1876顆，位于1181個行星系統，其中475個為多行星系統。系外行星的觀測方法也有新的突破，其中用凌日時間變分法發現3顆，脈沖星計時法發現18顆，直接成像法發現51顆，微引力透鏡發現34顆，凌日法發現1,179顆，徑向速度或天體測量法發現591顆。在太空開展的天文觀測大大提高了系外行星搜索的效率，美國宇航局的開普勒望遠鏡，自2009年發射升空之后，已經探測到18,000顆可能的系外行星，其中262顆與恒星的距離不遠不近，位于溫度適宜的宜居帶。相信隨著觀測手段的進步和觀測能力的提高，系外行星的數量仍將快速增加。

從科學價值上，系外行星的探索具有重要意義。我們知道，太陽系是從一團彌漫著星際介質的太陽星云逐漸凝聚、演化而來的。由于太陽系已經演化到了行星形成的晚期，我們很想知道這些行星（包括地球）是怎么形成的，這有助于預測地球的未來。通過搜尋系外行星，我們可以發現不同類型的行星，以及處于不同形成階段的行星，這對研究行星的形成和演化過程很有幫助。

但是，系外行星真的適合人類生存嗎？在很多新聞報道中，系外行星往往被稱為“超級地球”、“最類似地球的行星”、“第二地球”等等，這似乎描繪了一個光明的前景，人類未來有可能移民到這些星球上去。而且既然可以移居其他星球，所以似乎也可以在地球上肆意妄為了。作為冷靜的探索者，我們需要思考這些系外行星是否真正像地球，人類未來是否有可能移居到這些行星。

如果是短期登陸探訪，人類有很多太空探索的目的地可供選擇，因為密閉的登陸艙和厚重的宇航服可以保護我們。但如果要移民到外星球，就需要找到一個適宜人類長期居住的天體，而這需要有很多苛刻的條件：

首先，要有大氣層的保護。地球海平面的大氣壓力為1個標準大氣壓，醫院里的高壓氧氣治療實際上只有1.4個大氣壓，珠穆朗瑪峰頂約為0.41個大氣壓。如果系外行星的大氣太稠密或太稀薄，人類的心肺功能都難以承受。如金星表面是90個大氣壓，連載人登陸都無法實現，更不可能適合人類生存了。

除了大氣壓力，還有大氣成分也很重要。地球大氣的主要成分是氧氣和氮氣，而且要符合一定比例。氧氣含量過高會發生醉氧，過低則會缺氧。但是，目前的探測手段還難以確定系外行星是否有大氣層，更難以判斷大氣成分。從太陽系的經驗分析，土衛六的大氣是氮氣和甲烷，木衛二為純氧，金星大氣主要為二氧化碳，可能大多數系外行星的大氣成分主要為氮氣、甲烷、二氧化碳等，根本不適合人類生存。除了氧氣，地球大氣層中的微量氣體也發揮了很大作用，比如臭氧過濾掉了對人類危害最大的紫外輻射。系外行星如果沒有臭氧層，人類患皮膚癌的概率將大大增加。

其次，要有液態水和適宜的溫度。水是生命之源，根據地球的經驗，生命的存在離不開水。有了水，才有可能形成生態系統，人與生物圈才能形成相互依賴、不斷進化的生態系統，否則人類單獨是難以長期生存的。但實際上，現有手段還無法證實系外行星上是否有液態水，只能根據系外行星與恒星之間的距離來估算行星上的溫度，并根據溫度范圍推斷是否允許液態水的存在，并非真的存在液態水。即使系外行星與恒星的距離位于宜居帶內，也并不能保證行星表面具有適宜的溫度，大氣層的密度和成分將顯著影響行星表面的溫度。

根據達爾文的進化論，生命的演化需要經歷漫長的歷史。太陽是一顆中等質量的恒星，它的壽命大約100億年，現在已經過去約50億年。地球的形成已歷經46億年，但地球誕生后8億年才出現簡單的生命，人類的出現則不過250萬年，太陽系歷經五十多億年才繁衍出高度發達的文明。如果母恒星的質量太大，壽命就會比較短，它的行星就來不及演化出比較復雜的生命。

再次，適宜居住的系外行星必須有一個巖石質的表面，讓人類可以繼續生活在陸地上，擁有森林和大地；這類行星要有一個完美的磁場，屏蔽來自恒星和恒星際的高能帶電粒子；行星必須演化到中年階段，內部能量釋放比較溫和。處于演化早期的年輕行星往往狂暴地釋放內部能量，地震和火山爆發的強度和頻度太大，人類在這類自然災害面前生存機會渺茫。

最后，系外行星所在的行星系統要演化到晚期階段，大量小天體碎片已經被大的行星吸積，行星際空間逐漸清朗，從而大大減少被小天體撞擊的幾率；恒星的能量釋放比較穩定，否則人類在恒星爆發的超級帶電粒子風暴面前只能坐以待斃。

總之，人類之所以能在地球上生存，是因為地球外面穿了幾層防護衣來保護我們。第一層是磁場，屏蔽了大量高能帶電粒子，保護我們免受高劑量輻射；第二層是大氣層，提供了人類呼吸所需的氧氣和植物生長所需的二氧化碳，其中的臭氧又過濾掉對人體有害的紫外線；第三層是水圈，水作為載體，促進了地球各圈層之間的物質循環和生物的新陳代謝。

系外行星本身不發光，在遙遠的、很亮的恒星附近很難直接觀測到，大多通過行星運行時對恒星的擾動來判斷的。迄今還還沒有辦法判斷系外行星是否有巖石質的表面，是否有液態水，是否有磁場，大氣層是否有氧氣，更難以確認系外行星是否真正與地球環境相似。

如果人類足夠幸運的話，真的發現了一顆類似地球的系外行星，那我們是否有能力到達這顆系外行星呢？開普勒望遠鏡最近發現了8顆系外行星，其中有3顆處于宜居帶，溫度范圍允許液態水的存在。其中比地球大12%的438B被認為最類似地球，距離地球475光年，公轉周期為35.2天，取代去年發現的186F，被認為是最有可能接近地球環境的系外行星。另一顆類似地球的系外行星442B，距離地球1100光年，公轉周期為112天。以目前最快的航天器——探測冥王星的新視野號的飛行速度計算，新視野號在借助木星引力加速后的峰值速度為7萬～7.5萬千米/小時（相當于19～20km/s，大于第三宇宙速度），如果飛到438B，需要的時間是684萬年；到達442B，大約要飛行1584萬年。所以在星際飛行理論沒有突破的情況下，如果不借助時空穿越，人類基本上不可能抵達這些系外行星。

人類是在地球上繁衍進化而成的，我們的身體、生產、生活都已經適應了地球的環境。宇宙中與地球幾乎一模一樣的星球是不存在的，所以如果移居到另一個星球上生存，人類很可能就需要進化成另一種生物。雖然地球并非天堂，也要面對超級太陽風暴，也有地震、火山、海嘯等重大自然災害，但是地球即使有千般不好，它也是我們唯一的生存家園。

我們尋找系外行星，我們希望登陸火星乃至移民火星，并不是因為那里更加美好，而是為了尋找人類未來的避難所。地球上的生物常常需要面對重大的災難性事件，根據推測，地球上的生物大滅絕平均2600萬年發生一次，就像曾經獨霸地球的恐龍被滅絕一樣，這樣的災難一旦發生，將導致人類的滅絕。為了人類的火種在宇宙中得以延續，我們需要在宇宙中尋找避難所，這就是我們搜尋系外行星和開展深空探測的重要價值。但是，在星際飛行理論沒有質的突破之前，在蟲洞還沒有成為現實之前，人類移居地的搜索只能局限在太陽系以內。而在太陽系內，火星是目前科學界公認的最佳選擇。木衛二、土衛六可能會有生命存在，但那里并不適合人類移居。

如果沒有大型望遠鏡，即使從冥王星的距離看地球，地球就已經是陽光照射下的一個暗淡的藍點。如果在太陽系外看地球，也就相當于宇宙中的一粒塵埃。但恰恰是這個暗淡藍點，這粒塵埃，卻是我們唯一可以生存的家園。我們遺憾地發現，迄今為止，地球仍是太空中唯一適合人類長期居住的行星。保護地球，就是保護人類的未來。如果把人類作為一個家庭，那么地球就是我們從上一代人那里繼承來的，并且我們有義務把它完好無缺地傳給下一代。我們不能在地球上肆意地亂涂亂畫，把一顆千瘡百孔、傷痕累累的地球交給我們的孩子，這是每一代人的責任。

系外行星的想象雖然美好，但這美好的“遠水”解決不了人類面臨的“近渴”。人類未來的命運系于地球。

除了地球，我們別無他所。