正在阅读: 地外生命:风景这边独好?天涯何处无芳草
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

地外生命:风景这边独好?天涯何处无芳草

来源:光明网2019-08-12 17:56

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  大约20万年前,发源于非洲的智人逐步向亚洲、欧洲迁移。得益于更大的脑容量和更细致的石器制作技术,他们成功取代了当地的直立人。15世纪,随着航海技术的发展,欧洲人开始了对亚非欧大陆以外世界的探索,发现并占领了“新大陆”,即美洲大陆。从20世纪中叶开始的第三次科技革命,引发了人类新一轮的对外探索,人造探测器已经飞出了太阳系,人类的足迹也可能在20年内到达火星。未来的巨型太空望远镜或将直接看到几十光年外的类地行星。

地外生命:风景这边独好?天涯何处无芳草

图1.太阳系

  我们并不清楚科技时代之前的两次迁移是为生活所迫,还是源于对未知世界的好奇,亦或兼而有之,但毫无疑问,最新一轮探索的内在推动力主要是好奇,毕竟在这个年代,人类生活富足。为了生存而探索外太空?不存在的!

  那么“好奇宝宝”科学家们到底在好奇什么呢?他们好奇的是,地球和地球上繁衍的生命在宇宙中是否独一无二,人类是否是飘荡在茫茫宇宙、亿万星系中的一缕孤魂,是否在另外一个星系、另外一个星球上存在着生命,存在着智慧与文明,甚至存在着可以实现空间跳跃、降维打击的高等文明?

  天文学发展到今日,人类已经知道这个宇宙有千亿个类似银河系的星系,每个星系有千亿颗恒星,平均每3颗恒星周围有一颗行星,每2.5-30颗类太阳恒星周围有一颗宜居带类地行星,或许还有更多的卫星。比如太阳系,有8颗行星、几百颗卫星,其中与地球尺寸类似、在过去或现在或将来可能拥有生命的行星和卫星不止5颗。因此,宇宙中类似地球能够孕育生命的星球可能有3千亿亿颗!当然,能够孕育生命不代表一定会孕育和发展生命,更不能代表在某时刻有生命和文明存在。

  Frank Drake在半世纪前提出了著名的Drake公式,用于估算银河系内能与我们通讯的文明的数量N。令人啼笑皆非的是,不同的研究给出的N值范围很广,从9.1×10-11到15,600,000,相差18个数量级。窃以为这样的研究,倒不如掷硬币,正面表示“风景这边独好”,反面表示“天涯何处无芳草”呢。

  当然,人类并不满足于这个过于简单的Drake公式,而是在循序渐进的用科学的方法来搜寻地球外的生命,包括太阳系内的行星和卫星以及太阳系外的宜居带类地行星。由于专业水平有限,在此笔者只简要介绍太阳系外行星探索中立下汗马功劳或已列入计划或还处于讨论之中的空间望远镜项目(图2)。

地外生命:风景这边独好?天涯何处无芳草

图2.美国航空航天局NASA和欧洲航空局(ESA)已开展、即将开展或在讨论建议之中与太阳系外行星研究相关的空间望远镜项目

  这些项目分两类,一类是搜寻行星,一类是研究行星。前者包括成果丰富、独立发现超过4000颗行星候选体的开普勒(Kepler)巡天项目,和刚投入使用的、期待发现类地行星的苔丝(TESS)巡天项目,以及计划2026年开始工作、旨在搜寻宜居带类地行星的柏拉图(PLATO)项目。这些行星猎人(planet hunter)项目,将发现大量的系外行星和几十到上百颗宜居带类地行星。所谓宜居带,指的是行星系中适宜生命存在的区域,主要依据是行星表面存在液态水,以供生命的孕育和早期发展。目前已发现的宜居带行星大约50颗,而它们大部分是在比太阳活跃许多的M型矮星附近,研究表明恒星获得很可能迅速摧毁岩态行星的大气,使得行星不再宜居。

  撰写本文时,笔者正在第一届TESS科学会议现场,许多令人兴奋的新发现如雨后春笋,比如TESS发现小于三倍地球半径的行星可能比理论预研更多,比如发现了更多的宜居带类地行星,可惜绝大部分内容不允许在社交媒体发布,不然可以朋友圈发很多美图了。

  瞄准这些太空探索项目发现的类地行星和宜居带类地行星,以及太阳系周围的恒星,天文学家提出了更多旨在探测这些类地行星大气的计划,包括专用于探测行星大气的CHEOPS(CHaracterising ExOPlanet Satellite)项目,ARIEL(Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large survey)项目和HabEx(Habitable Exoplanet Observatory)项目,以及通用空间望远镜但主要科学目标之一是研究类地行星大气、探索生命起源的JWST(James-Webb Space Telescope),LUVOIR(Large UV/Optical/IR Surveyor)和OST (Origins Space Telescope)。

  其中,CHEOPS的主要科学目标是精确测量行星/恒星半径比,ARIEL只能针对大的、热的行星做大气研究。口径4米的HabEx和6.5米JWST望远镜应该能够对岩石行星进行初步的研究,但对于类太阳恒星周围的宜居带类地行星几乎无能为力。口径9米或者15米的巨无霸LUVOIR望远镜和口径9米的中远红外望远镜OST毫无疑问非常强大,但其预算也很吓人(30-50亿美元!)。

  是不是挺让人纠结的?掷硬币只需要一个硬币,做研究需要无数个硬币。

  事实上,据路边社消息,HabEx,LUVOIR和OST被NASA选中的可能性不大,性价比不高或者风险太大,而同期提出的X射线空间天文台项目Lynx的呼声更高。对于系外行星研究领域,这是个巨大遗憾,然而,对中国天文学家来说,这是一个机遇,一个抓住前沿方向、追赶欧美的机会。

  系外行星领域,包括系外行星的探测和刻画,在中国方兴未艾,主要原因是缺乏必要的观测设备。“工欲善其事,必先利其器”。我国行星领域的专家早已深刻认识到这个差距,并提出了几个行星探测空间项目建议,主要目标是太阳系领域的宜居带类地行星。这些项目独辟蹊径,敢于创新,如成功,对中国和世界系外行星领域都将有巨大贡献。

  与此同时,国家天文台联合长春光学精密机械与物理研究所、紫金山天文台、北京大学等单位,德国马普地外所、马普天文所、剑桥大学等单位,计划推出一个以我为主、多国合作的系外行星大气探测专用4米级空间望远镜,配备紫外-光学-红外低分辨率光谱仪和光学高分辨率光谱仪,集中研究GK型主序恒星附近宜居带岩石行星和类地行星的大气,探索可能存在的生命表征信号,比如臭氧、氧气(图3),比如叶绿素和嗜盐菌(图4)。

地外生命:风景这边独好?天涯何处无芳草

图3.太古代、元古宙和现代地球的反射光谱,可见紫外的臭氧分子吸收,光学波段的氧分子、水和甲烷的吸收。图来自于G. Arney (美国航空航天局戈达德太空飞行中心)

  地外生命:风景这边独好?天涯何处无芳草

图4.行星表面海洋(蓝色)、针叶林(绿色)、嗜盐菌(红色)的反射率。图来自Schwieterman (2018, Handbook of Exoplanets)

  这是个重要的任务。我们希望通过科学的方法,again,砸人砸钱砸技术,试图回答我们一直好奇的那个问题,到底是地球这边“风景独好”,还是“天涯何处无芳草”?

  这也是个艰巨而持久的任务。人类探索外太空的步伐还未真正开始,更有未知的困难藏在迷雾之中,需要不止一代中外天文学家和技术专家不懈的拼搏和努力。

  不忘初心,砥砺前行!

  作者:王炜,系国家天文台研究员,现任中科院南美天文中心副主任,主要研究太阳系外行星。参与撰写天文专业书籍《现代天体物理》和天文科普书籍《观天者说》。

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 双展联动感受绿色低碳与工程建设新图景

  • “机遇中国·创享未来”中国文化推介系列活动在世贸组织举办

独家策划

推荐阅读
揭秘极限制造背后的“宁德品质”
2026-09-17 11:48
在中国工程院院士张献龙带领下,华中农业大学教授王茂军课题组发现“三维基因组结构是传统DNA序列变异之外可供作物改良利用的新型靶标”,并在此基础上破译了棉花遗传的“空间折叠密码”,为拓展现有栽培棉的遗传多样性提供了新方向。
2026-09-17 09:41
近日,陈松林团队成功构建全球首个海洋硬骨鱼类综合功能与进化基因组数据库MFDB,首次系统整合了来自85种海洋硬骨鱼的89个染色体水平基因组数据。
2026-09-17 09:42
恰逢铜基高温超导发现40周年之际,复旦大学教授张远波、阮威团队与中国科学院院士、中国科学技术大学教授陈仙辉团队合作,成功制备出只含一个铜氧面的铜基高温超导体。
2026-09-17 09:40
依托中国天眼FAST超高探测灵敏度,国家天文台韩金林研究员领衔的FAST银道面脉冲星巡天团队取得重要发现,捕获一颗处于紧致轨道的双中子星系统PSRJ1856-0039。
2026-09-17 09:35
地学界认为,这种全球尺度的巨变,很可能归因于超大陆旋回。但是,是否真的存在超大陆?近日,中国地质科学院地质研究所王涛团队发表成果,证实了超大陆的存在,并将其命名为“大冈瓦纳”。
2026-09-17 09:37
日前,西湖大学未来产业研究中心周南嘉、姚远联合西湖大学医学院陶亮团队,设计出全新材料与3D打印机制,解锁了植入式全水凝胶生物电子器件。
2026-09-17 09:32
据了解,该隧道盾构段长约2.9公里,采用双洞双层结构设计。如此“大块头”的装备,推进系统配置了液压浮动支撑装置,同时还配备了高精度导向系统与管片选型系统,共同保障盾构机轻巧拐弯。
2026-09-16 10:38
当前,一场以可再生能源替代化石能源、以电动汽车替代燃油车为核心的能源革命正席卷全球。车网互动的本质,是将电动汽车从单纯的“负荷”转化为兼具“负荷”与“电源”双重属性的移动储能单元。
2026-09-16 10:38
从持续性看,这些劣质、虚假或错误的信息,不只占据当下受众的注意力,还会变成AI训练的语料,形成自我循环。使清朗网络空间成为可感可及的常态,还要立足于人机协同,同步提升全社会的信息素养和核查效率。
2026-09-16 10:37
近日,南方科技大学地球与空间科学系副教授范斯腾与合作者在火星大气环流及物质输运研究方面取得重要进展。火星上的物质输运通常主要沿着平均环流进行,这与地球根本不同,后者的大气输运主要受涡流主导。
2026-09-16 10:39
艺术家描绘了星团潮汐尾上的脉冲星和接力观测的三组望远镜。此后,随着星团内部动力学演化和银河系潮汐作用持续改变成员轨道,一部分中子星会逐渐进入潮汐尾,最终脱离星团。近一个世纪后,星团潮汐尾上的这颗脉冲星,使巴德开启的两条科学线索在一个具体天体上交汇。
2026-09-16 10:39
今年入夏以来,西北太平洋与南海海域的台风仿佛开启了“流水线”模式,接连生成、登陆,引发社会广泛关注。
2026-09-15 09:35
气候变化可能进一步改变全球极端降雨、洪水和季风过程,短期水文事件对陆地塑料向河流和海洋输送的影响也可能随之变化。厘清这种“脉冲式”污染输送机制,有助于提高全球海洋塑料污染预测的准确性,并为更具针对性的塑料污染治理提供科学依据。
2026-09-15 09:27
错坚河冰崩发生点和下游传输侵蚀通道。研究指出,气候变暖背景下,喜马拉雅山地区的冰冻圈灾害正呈现频次增加与链式放大的复合态势。研究指出,此次冰崩与气候变暖影响下冰裂隙扩张、从冰面向冰内和冰床排水加剧直接相关。
2026-09-15 09:26
记者从国家药监局了解到,我国第三个脑机接口医疗器械标准于14日被批准发布。据悉,为了支持我国脑机接口医疗器械重大创新、满足产业发展急需,国家药监局采用快速程序立项和批准。
2026-09-15 09:23
工科学习与研究强调实践牵引、逻辑思维和科学方法,解决问题更是落脚点——学生可以借助AI,但不能被AI替代。工科学习,不仅是吸收知识的过程,更是应用理论、方法和工具提升学生解决工程实践问题的能力的过程。
2026-09-15 09:25
拍卖会是全国优质种公牛资源展示的舞台。与华西牛同台竞争的,不乏安格斯、西门塔尔等国内外优质牛,可近4届“标王”无一例外都花落华西牛。
2026-09-14 09:26
甲烷的“存在感”远不及二氧化碳,但增温效应不容小觑。有研究认为湖泊贡献了全球自然甲烷排放的75%,也有测算认为占比不足两成。但实际排放多少、国际模型是否适用于我国,长期缺乏本土实测验证。
2026-09-14 09:25
位于今青海省海西州格尔木市南部的布尔汗布达山山体,是当代地质学界、地理学界公认的东昆仑主干,也是青藏公路、青藏铁路的关键地标——昆仑山口所在地。
2026-09-14 09:14
加载更多