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搜寻地外文明,一二十年内见分晓?

时间:2018-06-29 07:56来源:中国国家天文
编者按: 春节前后,好莱坞科幻大片《降临》在国内热映,讲述了一个人类尝试破解外星语言之谜的故事。 从2013年上映的《地心引力》开始,《星际穿越》《火星救

  编者按:春节前后,好莱坞科幻大片《降临》在国内热映,讲述了一个人类尝试破解外星语言之谜的故事。

  从2013年上映的《地心引力》开始,《星际穿越》《火星救援》《星球大战7》《降临》……几乎每年都有一部与宇宙探索相关的经典科幻电影问世。人类对这一题材的钟爱可以上溯到1902年推出的史上第一部科幻片《月球旅行记》。

  如果“简单粗暴”地概括一下,这类作品的主要内容大致分为“地球人去太空看看”“外星人来地球转转”两种。

  随着航天事业的发展,前者已经从银幕照进现实。人类早已在月球表面留下脚印,并向其他星球发起了冲锋,中国也在加快太空探索的步伐:我国计划于今年下半年发射“嫦娥五号”月球探测器、2020年发射首颗火星探测器、未来还将进行一次小行星探测,规划一次木星探测……

  外星人与人类的交流与冲突,是科幻作品关注的另一题材,从《E.T.》到《三体》莫不如此。包括中国科学家在内,全球许多科研团队都在为寻找外星生命而努力,目的不是“猎奇”,更不是挑起“星球大战”,而是通过探寻外星生命的蛛丝马迹,反照自身,解开生命起源等一系列“终极谜题”。

搜寻地外文明,一二十年内见分晓?

群山之中的FAST工程(2016年9月24日摄)。

 新华社记者刘续摄

搜寻地外文明,一二十年内见分晓?

  1977年8月,杰瑞·艾曼通过巨耳射电望远镜发现了持续72秒的神秘信号,并在打印信号的记录上写下了一个“Wow!”,这个信号也因此得名。

  网络图片

搜寻地外文明,一二十年内见分晓?

这张概念图展示了美国宇航局可用于搜寻外星生命迹象的一系列航天计划。

  美国宇航局官网图片

新华每日电讯记者全晓书、喻菲

  “我们是孤独的吗?”

  从开始仰望星空那时起,人类对这个问题的思考和探索就从未停止过。尽管近半个世纪以来搜寻地外文明的努力没有获得半点回音,但科学家们越来越相信,他们或许在今后一二十年内就能找到答案。

  “我们处在一个比较特殊的时代,随着下一代巨型望远镜的问世,近一二十年内可能有比较激动人心的发现。”清华大学天体物理研究所所长、国家天文台星系和宇宙学部主任毛淑德说。

  主流的科学观点认为宇宙中很可能存在外星智慧生命,主要理由有三:第一,太阳是宇宙中一颗普通的恒星,与其类似的恒星仅在银河系中就有成百上千万颗,这还不算数百亿个其他星系;第二,太阳有自己的行星系统,其他恒星也有自己的行星系统,与地球环境类似的行星应该大量存在;第三,地球上没有宇宙中不存在的特殊物质(元素),地球上能形成智慧生命,与地球类似的其他行星也完全有这种可能性。

  “我觉得,宇宙中应该存在很多生命,其中很可能包含智慧生命。”毛淑德说,“但作为科学家,我们必须找到证据。”

寻找类地行星

如果有外星生命,他们能住在哪里?

  拥有充足的阳光、温暖的水域以及能起到保护作用的大气层——在茫茫宇宙中找到一颗类似地球的行星,是寻找外星人最常见的思路。

  “现在,我们找的是像我们自己这样的生命形式,至少,我们知道,这样的生命需要什么条件,比如水的存在就很重要。所以,科学家一般都在类似太阳的恒星周围寻找行星,并提出了‘宜居带’的概念。”毛淑德说。

  所谓“宜居带”,是指行星处在适合生命生存的地带。在这种情况下,行星与恒星的距离非常合适,使得行星表面具备存在液态水的可能性。

  最近十多年来,全球的科学家通过各种方法,已经确认了3000多颗系外行星。2016年,中国科学家也通过南极大视场巡天望远镜阵列,首次批量发现了58个系外行星候选体。这些发现进一步证实:地球并不特殊,潜在的类地行星可能多如牛毛。

  不过,在这些系外行星中,只有数十颗和地球比较接近。“天文学家首先要把最可能的样本挑出来,然后才能进行下一步分析研究,甚至和对方展开通讯联系,这都是以后要想的事情。”毛淑德说。

  接下来,如果要研究系外行星的大气成分,望远镜须具备很高的对比度。地球的光度是太阳的一亿分之一到一百亿分之一,而现在望远镜的对比度仅能达到一万分之一到十万分之一。“有些科学问题,现在最大的望远镜已经无法突破了。”毛淑德说。他指出,下一代巨型望远镜将有助于解决这些难题,比如分析系外行星的光谱等,使得寻找和辨别生命存在的迹象成为可能。

  生命迹象是指生命存在可能表现出来的一些元素,比如氧分子、臭氧分子等。“如果没有生命的话,这些元素存在的时间和宇宙137亿年的历史相比,实在如昙花一现。氧气就很容易和其他元素产生反应,火星之所以呈现红色正是氧化的结果。”毛淑德说,“如果通过分析系外行星的光谱,发现它的大气层中存在很多这样的元素,很可能是由生命造成的。”

  天文学家不仅期待下一代望远镜为观测插上新的翅膀,同时也在孜孜以求另一项重要技术——自适应光学技术取得更大突破。两相结合——配备了自适应光学系统的下一代地基望远镜,包括国际三十米望远镜、美国的巨型麦哲伦望远镜以及欧洲的甚大望远镜等,将在未来的天文观测中发挥中流砥柱的作用。

  在此之前,由于大气扰动的影响,无论望远镜的口径如何增大,观测的天体并不因此而变得更加清晰。自适应光学技术通过每时每刻修正大气扰动所造成的图像畸变,使星像还原,解决了这一困扰天文学领域三百多年的难题。

  中国科学院国家天文台副研究员冯麓指出,相较太空望远镜,地基望远镜后端可接驳的仪器更丰富、口径更大、看得更深,可用于观测的时间也更多。自适应光学技术使地基望远镜的分辨率接近甚至超过太空望远镜的水平,很多以前在地面难以实现的观测内容将得以开展,比如对系外行星候选目标进行跟踪观测等。

  自适应光学技术正主导着地基天文学的革命,而下一代太空望远镜也将取得革命性的突破。美国宇航局将于2017年发射的系外行星勘测卫星(TESS)便是其中之一。

  TESS的前辈开普勒太空望远镜于2009年发射升空,是世界上首个专门用于搜寻系外行星的航天器,有“行星神探”之称。迄今为止,开普勒一共确认了2300多颗系外行星,超过人类发现的系外行星总数的60%。

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