那些年我们追寻过的“地球2.0”

□ TOPP

那些年我们追寻过的“地球2.0”

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2015年7月23日，美国宇航局（NASA）宣布在开普勒太空望远镜的观测数据中，找到了一颗可能和地球很类似的系外行星——开普勒-452b，科学家们戏称其为“地球2.0”。

这个名字就让人浮想联翩了：既然是地球2.0，会不会有外星人？他们会不会来找我们玩？我们能不能去他们那里玩？一长串千奇百怪的问题让科学家们措手不及。这也难怪，人类自古以来就一直在寻找着另一个地球，地球这个小小的行星实在禁锢不住人类的好奇心。

地球的堂兄

2015年7月23日，NASA宣布通过开普勒卫星的观测数据，在距离我们1400光年远的地方找到了地球的一位堂兄——一颗和我们地球非常类似的系外行星：开普勒-452b。

这个“堂兄”的母星和地球的母星——太阳一样，是一颗G2型的主序星，但是要比太阳老15亿年左右，它的表面温度和太阳差不多，半径比太阳略大。而我们的“堂兄”则在距离母星1.046个天文单位的公转轨道上运行，公转一周需要384.84天，这个轨道也和我们的地球基本相同，处在“宜居带”上，在这里，行星表面可以有液态水存在。这位“堂兄”的半径比地球的半径大60%，在目前发现的系外行星中，也算和地球个头差不多大了。

有细心的读者会问，开普勒望远镜不是在2013年5月因为两个反作用轮损坏而不得不停止系外行星的搜寻观测了吗，为什么现在还会有新的发现？其实，开普勒望远镜在2009年3月发射升空到2013年5月停止系外行星搜寻这段时间观测到的海量数据是一个巨大的宝藏，但是其中的宝物需要我们慢慢去发掘与核对，才能最终确认宝物的价值。

开普勒-452b就是这样经历了一个漫长的过程。它最早进入天文学家的视线是在2014年5月，一次对开普勒观测数据的测试筛选时，这个筛选旨在寻找那些小而冷的行星。由于母星的参数有偏差（表面温度5578K，0.79个太阳直径），那时候测算出开普勒-452b的直

图片来源：NASA

水星 金星 地球 火星径是1.1个地球直径，而公转半径是0.99个天文单位。

之后，天文学家利用麦克唐纳天文台的2.7米望远镜、惠普天文台的1.5米望远镜以及凯克天文台的10米凯克Ⅰ望远镜对其进行了光谱观测，测算出其母星表面温度为5757K，直径为1.1个太阳直径。所以相应的，开普勒-452b的参数也就修正为直径1.6个地球直径，公转半径1.046个天文单位了。

同时，天文学家还利用凯克Ⅱ望远镜红外波段的自适应光学系统对这颗恒星进行观测，以便确认它和我们太阳一样，是一颗单星而不是双星或者多星系统，而且没有背景星对结果进行干扰。经过如此反复地观测、计算，天文学家才确定了开普勒-452b是我们寻找多年的地球的堂兄。

然而，想要拜访这位堂兄也不容易。即使我们以光速飞驰，也需要1400年才能到达那里，而那里的“人们”看向我们的时候，看到的还是隋炀帝荒淫无道的统治，而后来大名鼎鼎的唐高祖李渊还只是一个小小的太守呢。

接下来，就让我们一起盘点下人类都找过哪些“地球2.0”吧！

月球

月球是距离我们最近的天体，即使不使用任何现代天文工具，月亮看起来也是一个面，而不像行星、恒星那样看起来只是一个点，再加上月亮表面丰富的纹路，就更让人浮想联翩了。

中国古代就有嫦娥奔月、吴刚折桂的传说。早期的科幻小说中也有很多人类去月亮生活甚至和“月球人”打交道的情节。最早的科幻电影《月球旅行记》也讲述了人类乘坐炮弹跑到月球上和月球生命打交道的故事。

当然，随着人类观测技术的进步和航天技术的出现，月球已经被证实只是一片没有生命的不毛之地，月球表面也印上了人类的足迹。只是，因为月亮只有一面朝向地球，所以“月亮背面有外星人”，甚至“月亮内部住着外星人”之类科幻小说一般的传言还在流行，甚至还有很多人相信。这也可以当作是现代版的“嫦娥奔月”神话吧。

《月球旅行记》剧照

嫦娥一号卫星采集到的月球表面全图

金星

金星是公转轨道距离地球最近的行星，而金星半径只比地球小4%，质量轻20%，而且上面也有大气，这些特征让金星获得了地球的“孪生姐妹”的称号。所以在金星探测器到达金星前，天文学家们都认为金星是一个和地球环境差不多的行星，甚至对在金星上找到生命充满信心。

人类的飞行器在向太阳系其他行星进发的时候，第一个目标就选择了金星。但是探测器传回的数据却让人类的幻想破灭了。

金星大气是由大量的二氧化碳和少量的氮气组成的，而作为生命之源的水却少得可怜。由于大量二氧化碳形成的“失控温室效应”使金星表面温度达到467℃，气压则是地球表面气压的90多倍。在金星浓密的大气层中，闪电频发，二氧化硫和硫酸液滴组成的云飘在其中，这些云形成的“硫酸雨”降不到金星表面就被蒸发回到天上。这哪里是地球的孪生姐妹啊，这明明就是一幅炼狱的景象啊。

不过，对金星的深入研究显示，金星在40亿年前可能和地球一样有液态水在表面流淌。是什么让这对姐妹在演化上分道扬镳的？这也是让科学家非常好奇的问题。毕竟，这也关系到我们的地球1.0今后会何去何从。

由先驱者号金星探测器在1979年以紫外波段拍摄的金星大气结构

罗威尔绘制的火星上的“运河”和“绿洲”

火星

火星和金星、地球一样，也是一颗类地行星。其半径只有地球的一半左右，质量则只有地球的十分之一。乍看起来，火星并没金星那样强有力的参数去竞争地球2.0的位置。但是，人类对寻找火星生命的兴趣却一直是最高的。

人类对火星生命的兴趣起源于1877年意大利天文学家乔凡尼·斯基亚帕雷利对火星的观测。这位天文学家通过望远镜在火星上观察到了类似于沟渠的条纹结构，就用意大利文“canali”（沟渠）来命名。而英美记者在报道的时候则直接将英文照搬为“canal”（运河）。这两个词看起来差不多，但是“运河”一定是人工开凿的而“沟渠”则不一定非要是人工的，这两个词中微妙的差别就导致了后来的“火星人”热——既然有运河，就要有开凿运河的人嘛，而地球人那时候还没有踏足过火星，那么这运河一定是火星人建造的！

这样一个奇妙的误会倘若及时停住，之后的“火星人”热也不会这么疯狂吧。可是，偏偏这个误会被一个叫帕西瓦尔·罗威尔的人看上了。这个罗威尔精通文学及数学，曾在日本住过一阵子，写了关于日本宗教及文化的书，曾被聘为韩国的外交顾问。他得知斯基亚帕雷利发现火星上的“运河”后，就利用他巨大的财富和影响力建立了后来举世闻名的罗威尔天文台（冥王星就是在这个天文台被发现的）并开始潜心研究火星。

他观测到了火星两极“冰冠”随着季节变化改变大小，从而认为火星上有水。他还为火星绘制了“地图”，上面有“运河”有“绿洲”，并且还声称这些会随着季节而改变。

他将他的这些发现写进了他自己出版的《火星》（Mars）、《火星和它的运河》（Mars and Its Canals）和《作为生命居所的火星》（Mars As the Abode of Life）三本书中，在第三本书中他甚至利用他商业上的经验推测起火星人的生活。

1965年，水手4号探测器飞掠火星后发现，那些“运河”其实是火星上的裂谷或者陨石坑连成的线；而“绿洲”则可能是火星上的沙尘暴；火星上两极覆盖的也不是冰盖而是干冰。虽然罗威尔的理论被观测推翻了，但是他的著作却深入人心，时至今日，还有很多人相信火星上有运河，火星人在其中辛勤的劳作。

现在的火星上死气沉沉，表面没有稳定的液态水，稀薄的大气以二氧化碳为主，空气中充满了尘埃，时不时会有超强沙尘暴掠过，根本看不到高等生命的迹象。但是随着火星探测的深入，发现在火星地表下有冰存在，很可能在40亿年前，火星上也存在着海洋和河流。但是，这些水并没有在火星上孕育出“火星人”，倒是可以供以后去火星的地球人使用。

太阳系外的伙伴们

近几年来，太阳系外行星的探测成了一个热门的话题。这要归功于天文观测设备和技术的大幅进步，尤其是开普勒空间望远镜的发射升空。要知道，目前人类发现的不到2000颗系外行星中，将近一半都是由开普勒望远镜发现的。

而在这些系外行星中，我们是怎么找到“地球2.0”的呢？其实，我们主要参照了两个指标：

1.行星本身和地球的相似程度

既然是找地球2.0，这一条肯定要满足的吧。适当的密度可以确定该行星是岩石表面，质量足够大可以保持一个完整的大气层。这是我们目前已知的生命存在的必要条件。

2.行星是否在“宜居带”中

“宜居带”是指一颗恒星周围，能使水在行星表面保持液态的范围。这个范围对于各个恒星都不一样，可以根据恒星的参数测算出来。

只要满足了这两个条件，我们就可以把这颗行星划入“地球亲友团”的范围了。至于说，它到底是和地球一样，是个美丽的蓝色星球，还是和金星一样，热如炼狱，抑或是和火星一样贫瘠荒凉，以现在人类的科技，就很难知晓了。

Gliese 581 c：首颗宜居带内的“超级地球”

这颗质量至少是5.5倍地球质量的“超级地球”是在2007年4月公布的。它围着一颗温度很低的红矮星公转，公转周期只有13天。虽然这颗行星还不怎么像我们的地球，但是，也造成了很大的轰动，这让人们看到了找到另一个地球的希望。甚至，有一家英国的博彩公司，在这颗行星公布后，把外太空是否有生物存在的赔率，由1赔1000调低至1赔100。

Kepler-20e 和 Kepler-20f：首次发现类地系外行星

NASA在2011年12月公布了发现这两个小兄弟的消息。它们的直径分别是地球直径的0.87倍和1.08倍，大小和地球几乎一模一样。只是它们离母恒星实在太近了，Kepler-20e的表面温度有760℃，而远一点的Kepler-20f表面温度也有420℃，和水星差不多。

半径对比图，从左到右分别为Kepler-20e、金星、地球、Kepler-20f。图片来源：NASA

Kepler-452b：首个在太阳同类（G2）恒星的宜居带中发现的类地行星

这个就是近来的主角明星啦，直径和地球相仿（地球直径的1.6倍），母恒星类型和太阳相同，还在宜居带中，所以被冠以了“地球2.0”的称号。

Kepler-186f：首个在宜居带中发现的类地系外行星

这颗行星是NASA在2014年3月公布的。它的直径约是地球直径的1.1倍，轨道周期为129.9天，其母恒星是一颗年轻的红矮星。不过，它靠近宜居带的外边缘，表面环境可能和火星相似。

争议

细心的朋友可能会发现一个问题，所有以Kepler开头的行星都只有半径的数据，而没有质量的数据。这是因为，开普勒望远镜是利用掩星法寻找系外行星的。这种办法虽然可以快速而灵敏地找到系外行星并且测量它的半径，但是却无法测量出它的质量。想知道它的质量还需要用其他的手段进行测量，但是，其他的手段可能没有掩星法这么灵敏，尤其对于类地行星这种“小家伙”很可能就无能为力了。

但是，质量这个参数很重要，没有质量的话，根本说不清这个行星到底是小海王星（冰质）还是大地球（岩质）。这不，NASA刚刚信誓旦旦地说自己找到的是个地球2.0，就有天文学家发文章（Rogers, L. A., arXiv:1407.4457）说，大多数1.6个地球直径的系外行星都不是岩质行星。看来想获得“地球2.0”这名号，也不是一件容易的事情。

宇宙那么大，我们一定不是孤独的，在繁星之中，也许就隐藏着另一颗水蓝色的星球等待我们去发现，寻找地球2.0的行动还会继续下去。随着观测技术的发展，未来会有更多的“地球2.0”，甚至3.0、4.0都会出现吧！