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太阳系外行星的发现和想象

2007-06-04 15:28 作者:吴戈 2007年第19期
年初刚刚嗅到火星和土卫六上的一点湿气,5月初又突然成了行星科学家的节日。接连公布的发现虽然不无技术原因,但这些发现的位置——太阳系外——比火星更加刺激想象神经。

年初刚刚嗅到火星和土卫六上的一点湿气,5月初又突然成了行星科学家的节日。接连公布的发现虽然不无技术原因,但这些发现的位置——太阳系外——比火星更加刺激想象神经。

初识系外行星

5月9日的《自然》杂志上,美国佛罗里达大学的约瑟夫·哈灵顿公布了用“施皮策”测到的最灼热行星——HD 149026b,它高达2050℃的温度已与一颗小恒星相当。这颗太阳系外行星距地球257光年,距离它的恒星比太阳和水星还近,恒星几乎所有的光都被它收入囊中,它所含的重元素比太阳系内所有行星和小行星加起来还多,这些都足以冲击现有理论。哈佛史密桑尼亚天体物理中心的希瑟·克尼特松也用“施皮策”首次测量出另一颗太阳系外行星HD 189733b的表面温度地图,发现它暗面温度也有649℃。5月7日,天文学家还发现了密度比木星大8倍、一年只有5.6天的太阳系外行星。

奇特仅供欣赏,真正令人兴奋的是4月底欧洲天文学家公布的天秤座行星Gliese581c。它的恒星只有太阳1/3大小,温度比太阳低50倍,因而它的平均温度约为0℃至40℃,质量是地球的5.5倍,大小只有地球的1.5倍。虽然它到底是不是岩石星球,是否存在液态水,大气层由什么气体组成都尚未揭晓,但接近地球的温度和大小,与恒星的距离适当,一直是地外行星适宜生命存在的几个核心条件,Gliese581c的初步条件无疑令人浮想联翩。

通过对太阳系形成过程的重新模拟,美国科罗拉多大学行星学家西恩·雷蒙德在2006年9月底的《科学》杂志上提出:银河系周围约1/3的类太阳系星系可能都有类地行星。在最适合拥有这类行星的120颗恒星中,科学家们估计将能发现6颗恒星拥有接近地球质量的行星,其中不乏夜空中就能看到的熟悉身影:天狼星、牛郎星、半人马座α星(距地球最近的恒星)。

自1995年以来,太阳系外已经发现了约220颗行星。它们微弱的光总是被恒星掩盖,就像萤火虫在200瓦的大灯泡周围飞舞。从地球上看过去,这些行星中只有17颗从其主恒星前后经过,从而可以测出温度。因此从1998年7月开始,至今只从中发现了7颗大小、结构类似地球的行星,而且其中有两颗的表面温度分别低达-184℃和-220℃,另一颗则高达205℃~400℃。

Gliese581c是银河系中最古老的恒星之一,非常稳定,生命如果有幸产生,进化时间倒绰绰有余。虽然加利福尼亚外星智能生命搜索协会急忙将Gliese581c纳入了无线电搜索范围。不过现在得出Gliese581c适合生命存在的结论还太早。它可能不会自转,一面永远阳光普照,另一面长年不见天日,公转快到一年只有13天。什么样的生命能在这里生存很难想象,可以肯定的是,它们必须能承受更高的重力和太阳辐射。

天外有天

对太阳系外空间的好奇往往与地球生命的未来或外星生命相联系。如果不能抵达,再好的世外桃源也有如画饼。Gliese581c是距地球最近的100颗恒星之一,约20.5光年的距离仍相当于约190万亿公里。“我们不知道在一个人的生命长度中,怎样才能抵达那里。”NASA的退休天文学家马兰说。

太阳系内生命也并非与系外无关。天文学家从50年代就知道,整个太阳系正以超音速在银河系内运动,需要不断穿越恒星形成的区域抛出的星际尘埃和气体。过去300万年,太阳已经在银河系内走过一个称为“局部泡”的空间。没人清楚“局部泡”是怎样形成的,据猜测这片方圆约400光年的天地是一次超新星爆炸在星际介质中炸出来的。其中每一茶匙的空间只有不到一个原子,比周围空旷得多,但也不是一片虚无,四处漂浮着星际云。过去4.4万年到15万年间某个时候,太阳系进入了一个方圆约30光年、密度更大的口袋之中,今后1万~2万年仍将在这块称为“局部团”的云中穿行。

太阳系能在扑朔迷离中安然行走,靠的是称为“太阳风层”的巨大磁场削弱宇宙射线,“太阳风层”的“天之涯”就是星际空间之始,但不知为何,这个磁场的强度捉摸不定。对格陵兰岛和南极的冰核的研究发现:14万年前宇宙射线强度比现在高20%到40%。2006年,科罗拉多大学的阿列克赛·帕夫洛夫计算出:当太阳系穿过极密的星际云时,到达地球的宇宙射线剧增,能将“太阳风层”压缩到几乎只有地球绕日轨道的大小,全球臭氧层将顿失四成。即使一片密度只有“局部团”10倍的云也会压扁“太阳风层”。得州大学的天文学家约翰·斯卡洛说:“宇宙射线与气候有关,只是因果还不清楚。进化生物学也发现,到达地球的宇宙射线强度与基因突变率等生命演化有密切关系。”

遗憾的是,正是由于“太阳风层”的存在,星际空间的物质和磁场对它的影响无法直接测量。看来即使为了太阳系内的命运,也值得远走天外。

该上路了

迄今飞得最远的人造物体——1977年发射的“旅行者1号”探测器已经距太阳100个天文单位(一个天文单位相当于地球到太阳的距离),那里太阳已是强弩之末,“旅行者2号”现在距太阳80个天文单位。但是,到大约2020年,这两艘探测器就将奄奄一息,只及对星际空间边缘投下惊鸿一瞥。这些以太阳系内探测为主的使者不可能近距离经过附近的任何恒星,它们即使到达半人马座α星也要几万年。

这样的飞行依然神秘。第一艘类似的飞船,1972年发射的“先锋10号”也已飞出太阳系,但2003年与它诀别时,喷气推进实验室发现它竟已偏离预定航向40万公里,第二年发射的“先锋11号”也谬以千里。“伽利略”木星探测器和“尤里西斯”太阳探测器也都积习未改。

如果问题不是出在飞船本身或跟踪站,而且别的探测器依然故我,恐怕就要触及广义相对论等思想根源了。有趣的是,喷气推进实验室的约翰·安德森之所以在70年代发现“先锋”探测器的异常,也是为了寻找太阳系外层的未知行星。他们发现了一个比地球引力弱100亿倍的力,奇怪的是,这个力指向太阳系内层而不是外层,似乎是太阳的恶作剧。

如果还想在当代科学家有生之年格物致知,新的太阳系外探测器是上路的时候了。现在,美国约翰·霍普金斯大学的拉尔夫·麦克纳特正与喷气推进实验室一起计划一艘“创新星际探测器”(IIE),希望它利用木星强大的引力加速到最高13.5万公里/小时,比“旅行者号”快2倍以上,以期在25年内飞到200个天文单位之处。估计太阳作用的边界在116个天文单位之外,IIE可望最早在2040年一窥星际空间。

IIE最早的发射窗口是2014年,它能否成就一番伟业还未可知,但这已是目前飞出太阳系的最快方法。与太阳系内行星探测不同,星际空间任务还无法发回照片,麦克纳特说:“正是这个遗憾使我们加倍努力,也许这并不是坏事。”

至于被爱因斯坦设想可以用作望远镜的550天文单位的太阳重力焦点,还有5万天文单位外的奥尔特云,只能等待想象中的下一班“银河特快”了。

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