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07 系外行星 Exoplanets（第2页）

表8　一些多系外行星系统

*引用的一些质量是最小估计值。MJ=木星质量

在已知拥有系外行星的恒星中，距离我们最近的是波江座ε（EpsilonEridani），距离地球只有10。5光年。波江座εb（EpsilonEridanib）由径向速度法发现，它是一颗巨行星，其质量与木星质量相近，位于距其恒星3。4AU的轨道上。红外望远镜显示，波江座ε周围有着以其为中心的，距其约3AU和20AU的岩石碎片带——小行星带，外加一个从距其35AU处延伸到距其100AU处的外尘埃盘。尘埃盘的结构已经被用来作为一颗未经证实的行星存在的证据。这颗行星名为波江座εEridanic），质量约为木星质量的十分之一，距离波江座ε大约40AU。

研究

对于任何系外行星，我们都只有极少的直接信息。如果通过径向速度法或天体测量学确定了系外行星的质量，我们就可以假设一个可能的密度来推断该行星的大小。系外行星的大小可以由凌日法来揭示，也可以通过成像法来确定（基于亮度和假定反照率）。利用行星的大小，我们也可以假定一个可能的密度来推断它的质量。系外行星与恒星的距离使我们可以得出行星表面温度或大气温度的合理取值，但行星表面温度或大气温度也取决于反照率和大气中温室气体的混合物，因此误差空间也很大。

研究系外行星的下一个重大突破可能会随着我们分析系外行星大气成分能力的提高而到来。这最好由太空望远镜来完成，因为它能够分离并分析单个系外行星的可见光和红外光谱——最重要的是类地行星的可见光和红外光谱。可以根据气体的吸收特性来确定行星大气中一些含量丰富的气体的种类。探测到不应该在简单化学条件下共存的一对气体，比如氧和甲烷，可能是我们获得的第一个生命会影响系外行星大气层的证据。正如地球上的生命使地球大气层发生了根本性的变化一样，系外行星的大气层也会受其生命的影响。

系外行星上的生命

在我们的银河系中，大约有100亿颗类似太阳的恒星，约占所有恒星的十分之一。系外行星一定很多，因为已经被充分研究过的类太阳恒星中，有一半都有行星绕其运行。到目前为止发现的大多数系外行星都是巨行星，因为它们最容易被探测到。但目前还没有证据表明类地行星是普遍存在的。系外行星系统显然是多种多样的，不过，在像ψ和b这样的“热木星”向内迁移的过程中，没有任何一颗类地行星能幸存下来。这样的“热木星”的轨道目前距离恒星不到0。06AU（表8）。我们已经开始寻找的类地行星很可能存在于很大一部分系外行星系统中。

究竟有多少系外行星可能存在生命，这是一个令人烦恼的问题。让我们来做一个非常保守的估计，只有1%的类日恒星有一颗类地行星长时间在宜居带中运行。以此推算，我们的银河系会有1亿颗可供居住的类地行星。此外，围绕着系外行星运行的可居住卫星的数量可能至少与此相当。

但是，逻辑链的下一步就不那么确定了。考虑到生命所需的条件，生命开始的可能性有多大？生命的基本构成要素并不是生命开始的必要因素。我们知道，太空中充满了有机分子，水也很丰富，所以处在宜居带的大多数系外行星将都有碳基生命所需的所有必要成分。这意味着《星际迷航》[1]（StarTrek）中关于“我们所知的生命（lifeasweknowit）”的说法并不是对依赖外来化学物质的其他生命形式的推测，它只是一派胡言而已。

生命自然出现的过程是否容易，我们还不能确定。许多人，包括我自己，都认为系外行星的海洋中存在着无数的有机分子，而且已经有数百万年可以去发展生命，因此，系外行星上不可避免会开始形成生命。一旦生命传播开来，就很难被完全根除。即使生命被彻底根除了，它同样容易重新开始。

我们知道，地球上的生命用了不到5亿年的时间就建立起支持生命存在的永久基础。在我们找到系外行星上存在生命的迹象之前，银河系（以及银河系外的宇宙）中是否存在丰富的生命还有待证实。即使我们在火星、木卫二或土卫二上发现了现在或过去存在的生命，我们也不能贸然下结论说生命是从那里孤立开始的，因为太阳系中的天体并不是完全相互孤立的。微生物可以从一个撞击抛射物的碎片转移到另一个撞击抛射物的碎片中存活下来，木卫二的生命可能来自地球。我们也可以想象，地球上的生命是从火星上的一颗陨石开始的。

有人在吗

如果其他恒星上有生命，那么会不会存在智慧生命呢？让我们理性地推测。据我们所知，智能生物需要多细胞生命。如果微生物生命开始了，随后进化产生多细胞生物的可能性有多大？你可以对这个问题发表你的意见。在地球上，从微生物生命开始到进化产生多细胞生物经历了几十亿年。

多细胞生物出现后，其他星球上的生存竞争会像在地球上那样，推动达尔文式的进化吗？智力是会为生存竞争带来优势的一个因素，那么，智力在生存竞争中有多不可或缺呢？

即使按照我保守估算的数字，银河系中有1亿颗宜居的类地行星，如果再加上一种悲观的观点，生命开始的概率只有1%，那么仍有100万个天体会有生命存在，地球就是其中之一。如果地球是所有行星中的唯一或第一颗拥有智慧的行星，那将是很奇怪同时也令人敬畏的事。但如果生命是如此丰富，而智慧是生命的一个普通产物，那么智慧生命都在哪里呢？除非智慧极少出现，或者持续时间不长，例如，我们自己的文明就可能屈服于战争、自然灾害或者自找的气候变化，否则银河系应该充满智慧。

智慧生命并不一定是我们发现它的地方所特有的。虽然恒星之间的距离很大，但在它们之间旅行是完全可能的。你不需要比光速还快的旅行，你所需要的只是决心和耐心。想象一艘足够容纳数百人的宇宙飞船，它需要100年的时间才能到达10光年外的一颗宜居的系外行星。我们可以使用可预见的未来几十年的技术，自己建造这样一艘船。然而除非使用某种休眠的方式，否则一到两代船员将在飞行途中经历生死，所以，这将是一次绝对单程的旅行。如果我们把这些殖民者送到附近所有可居住的系外行星上，不久之后，成功被殖民的地方有能力发射自己的殖民地飞船。我们希望在本世纪末对这些可居住的系外行星进行识别和描述。银河系有10万光年辽阔，所以，即使殖民浪潮到达10光年外要1000年的时间，那么只需1000万年就可以完成整个星系的殖民。毁灭单个殖民地的灾难，或个别殖民地船只的失败，都不足以使殖民进程偏离轨道。

银河系已经有超过100亿年的历史了。假设智慧生命是丰富的，那么应该有无数物种有足够的时间来殖民银河系。这就是费米悖论，以1950年美国物理学家恩里科·费米（Enrii）的名字命名。应该有众多外星文明存在，但没有外星文明存在的迹象：尽管地外文明探索（SearchforExtra-TerrestrialII）旗下工作的团队对天空进行了扫描，但并没有探测到太空中的人造信号，也没有探测到伟大的天文工程作品存在的迹象以及可靠的地球外星访客记录。到底是智慧生命稀少，还是我们太愚蠢，找不到证据？我希望有一天我们能找到答案。

全书完

[1]　语出科幻影视系列作品《星际迷航》第一季第2集，斯波克（Spock）说：“我们所知的生命都是碳化合物组成的，但如果生命是基于另一种元素呢？例如硅。”