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第六章 如此多的太阳如此多的世界（第1页）

第六章如此多的太阳，如此多的世界

我们替宇宙想出多么惊讶和不可思议的设计!如此多的太阳，如此多的世界……

克里斯蒂安·惠更斯（Huygens）《对行星世界的新臆测，它们的居民及其产生过程》

&uresgthePlaaryWorlds，TheirInhabitantsandProdus，约1670年）

1995年12月，绕木星轨道运转的“伽利略号”宇宙飞船放出了一颗子探测器，探测器进入汹涌澎湃的木星大气，死于烈火中。在迈向死亡的途中，它不断地向地球传送无线电信号，报告沿途测到的数据。之前，有4艘宇宙飞船在路过木星时也曾检测过它，也用在地面的和在太空的望远镜观察过这颗行星。木星和由岩石及金属组成的地球截然不同，它的组成物大部分是氢和氦。其体积大到可以装得下1000个地球。木星深处的压力大到可以把电子从绕氢原子核的轨道中挤出，从而把氢变成很热的电导体，称为金属氢（metalli）。人们认为这就是木星放出的能量2倍于它接收到太阳能量的原因。人们认为伽利略号放出的子探测器在穿越最深处时受到的打击，很可能不是来自太阳的能量，而是木星内部所放出的能量。木星的核心似乎是岩石和铁，其质量比地球的核心质量要大上许多倍，它的外面是一层厚厚的氢和氦。探测金属氢地区非人类能力所及，至少在往后数世纪或数千年内都不可能，更不用说探测那岩石组成的核心了。

木星内部的压力太大，我们很难想象那里会有生命，即使是某种和我们全然不同的生命。有几位科学家，包括我在内，纯为有趣，假想有一种可以在类似木星的大气中演化的生态系统，就像鱼和微生物在地球上的海洋中生存一样。在这种环境之下，生命的诞生恐怕是件极其困难的事情，不过我们知道彗星及小行星的撞击可以把各世界表面的物质从一个世界传到另一个世界，甚至可能将早期地球上演化出的原始生命形态传送到木星上。当然这只是一种猜测。

太阳和地球间的平均距离为1个天文单位距离（astronomiit，AU），约1。5亿千米。木星和太阳的距离约为5个天文单位。如果不是因为木星内部放出的热量，及其厚厚的大气产生的温室效应[37]，整个木星的内部温度将达到-160℃。木星卫星的表面温度约为这么低。对生物来说，这太冷了，根本无法生存。

星云假说被证实

木星及太阳系中其他行星的轨道都在同一平面上，好像留声机唱片上的纹路一样。为什么会这样？为什么轨道平面不互成夹角？艾萨克·牛顿（Isaa），这位首次解释了引力如何使行星绕日旋转的数学天才，也无法解释为什么这些轨道几乎在同一平面，他由此断言：在太阳系诞生之初，上帝把所有的行星都放在同一平面上。

到后世，数学家皮埃尔·西蒙·拉普拉斯侯爵（PierreSimontheMarquisdeLaplace），以及著名的哲学家伊曼努尔·康德（Imma）才揭示出，不用上帝的协助，这些轨道几乎在同一平面上的原因。出乎意料的是，他们正是应用牛顿发现的物理原理才发现的。康德-拉普拉斯假设的简介如下：想象在星球之间，分布着呈不规则状、缓慢旋转的含尘星云，宇宙中有许多这类星云。如果含尘星云的密度够高，则分布各处的星云彼此间产生的引力足以抑制它们不规则的运动，这时星云就会开始收缩。此时，它的旋转就会加快，这就像花式溜冰运动员在旋转时，如果收回伸出的手，其转速就会增加一样。急速的旋转不会阻止旋转轴方向收缩崩塌的星云，但会阻止位于旋转平面的气体收缩。本来是一团不规则形状的星云，就会变成一个碟形的物体。因此，在碟形物体上聚集形成的行星的旋转轨道都会在同一平面。只用物理定律就可以解释了，不用借助超自然的神力。

可是，预测在行星形成前存在这种碟形星云是一回事，真正探测到这种碟形星云又是另外一回事。在发现类似银河星系的其他旋涡星系后，康德认为这些星系就是他所预测的形成行星前的碟形星云，因而声称“星云假说”（nebulahypothesis，nebula是希腊文的星云）已被证实。但是，后来发现这些旋涡星系其实是离我们极远且布满星球的星系，而不是恒星和行星诞生的地方。

要找到真正绕星旋转的碟形星云很不容易，要等到一个多世纪后，有了新仪器的助力，包括绕地球轨道的天文观测台，星云假说才真正被证实。当我们观测类似太阳的年轻恒星（和45亿年前的太阳相似）时，我们发现有一半左右的此类星球都被碟形的气体及尘埃包围，还有些恒星的附近好像没有遍布的尘埃，似乎行星已经在那儿形成，吞下了其间的物质一样。这不算是绝对的证据，可是它给了我们一个强而有力的启示，像与太阳类似的恒星，经常（还不能说毫无例外）有伴星左右相随。这类发现扩大了银河星系中伴有行星的星球数（预计有数十亿）。

可是，怎样观测这些行星呢？当然，恒星离我们的距离极远、极远——最近的恒星离我们几乎有100万个天文单位，再说，行星的光来自反射的恒星星光，所以远比恒星的光微弱。我们的科技正在飞速发展，我们至少可以在邻近恒星的附近看到像木星那样的大行星吧。如果无法在可见光范围看到，我们也许可以在红外线范围看到行星？

发现第一个太阳系外的行星

最近数年间，我们进入了人类史的新时代，我们已有能力观测到其他恒星的行星了。第一颗被观测到并得到证实的行星位于一颗出乎意料的星球周围，其编号为B1257+12。这是一颗急速旋转的中子星，是一颗质量比太阳更大的星球在极壮观的超新星爆炸后留下的遗体。[38]中子星的高磁场把电子限制在固定轨道上，产生了一种类似灯塔放出的信号——将电磁波以旋转的周期发送到星际空间。时不时地会有电磁波传到地球——每隔0。0062185319388187秒就收到一次。这就是为什么B1257+12会被称为脉冲星（pulsar）。其旋转周期规律得令人惊讶。正因为它周期的高精确性，亚历山大·沃尔兹森（AlexWolsz），现任美国宾夕法尼亚大学教授，才能找到周期中的一些“小故障”（glitches）——最后几位小数的不规则变化。

这些不规则变化起因为何？是不是类似地震的“星震”（starquarke）？还是中子星上发生过其他事件？经过多年的观测，他们发现这些不规则变化也有其规则，这些不规则变化来自3个绕此中子星旋转的行星：行星在哪里就把中子星朝那里拉，行星运动到别的地方就把中子星往别的地方拉，这么拉拉扯扯就使主星动了一点，而这些小运动就在主星的周期中显示出来。用天体力学计算结果的精确程度既令人惊叹又让人信服：沃尔兹森由此发现了第一个太阳系以外的行星。而且这些行星还不是木星级的大行星。其中两个可能只比地球大一点，而它们绕此中子星的轨道距离也和地球绕日的距离差不多，大约1个天文单位。我们是否会在这些行星上找到生物？答案颇让人失望：几乎不可能。这是因为这颗中子星不停地放射出很强的带电粒子，将这些和地球大小差不多的行星的表面加热到水沸点以上。这颗中子星离我们的距离约为1300光年，我们亲自去那里看看的可能性很小。这些行星到底是躲过形成此中子星的超新星剧烈爆炸而残存下来的星球，还是从这次超新星的爆炸中重新聚集形成的新行星？这到现在还是一个谜。

多普勒效应

在沃尔兹森的划时代发现后不久，又有人发现了好几颗绕星的行星体〔主要的发现人是在加州旧金山市州立大学的杰弗里·马西（GeoffMarcy）及保罗·巴特勒（PaulButler），他们发现的主星都是类似太阳的星体〕。这些行星是通过传统的望远镜寻找我们邻近星球光谱中的微小变化找到的。有时，一颗星球似乎在朝我们而来，过一阵子又离我们而去。这种运动可以引发光波波长的变化，称为多普勒效应（DopplerEffect）。多普勒效应就像一辆汽车按着喇叭经过时，朝我们而来时喇叭声较高，离我们而去时喇叭声较低。光谱存在这样的变化，就说明有一些行星体在拉扯这颗主星做些小运动。我们再一次通过计算上的预测——从观测到的星球周期性运动推断出一颗行星体的存在——发现了一个看不见的世界。

以下这几颗星都有行星体环绕：飞马座51号恒星（51Pegasi）、室女座70号恒星（7inis）、大熊星座47号恒星（北斗星座，47UrsaeMajoris）。1996年，科学家又在以下星球周围发现了行星体：巨蟹星座55号恒星（55cri）、牧夫星座τ（τBootis），及仙女星座（UpsilonAndromedae）。大熊星座47号恒星和室女星座70号恒星都可以在春天的夜晚用肉眼看到。按照与地球的距离算来，它们都是地球的邻近星。这些恒星的行星质量，小的还没有木星大，大的是木星的数倍。最令人惊讶的是，这些行星十分接近其主星。飞马座51号恒星离其行星的距离只有0。05个天文单位；在大熊星座中，恒星与行星的距离只有两个天文单位；当然很可能还有未发现的类似地球大小的行星，可是这些行星的分布情形和太阳系颇为不同。

多个太阳系

在我们的太阳系中，类似地球的小行星都在内部轨道，而类似木星的大行星都在外部轨道。而在这些新发现的太阳系，木星级的行星好像都在内部轨道。为何如此，至今不详。我们甚至不知道这些行星到底是不是真的类木行星——就是说有一个类似木星的岩石和铁的核心，有极厚的氢及氦的大气，在深处氢被压缩成金属氢。我们知道，即使距离太阳0。05个天文单位，木星由氢和氦组成的厚厚的大气也不会被蒸发掉。这样的行星不太可能是在星系的周边形成后，再慢慢“踱步”到内部轨道上的。可是，早期形成的大质量行星也许受到星云气体的阻力，而减缓了它们的运动，因而在靠近主星的位置盘旋。大多数的专家都认为木星级的行星不可能在离主星这么近的距离形成。

为什么？我们认为木星形成的过程大致如下：在星云外围温度较低的地方，有许多冰和岩石的凝固体（可以看成小行星或小世界）。这些凝固体和现在观测到的彗星，或在太阳系外围的主要成分是冰的小卫星很类似。这些脆弱的小世界以低速互相碰撞，碰撞后粘在一起，从内往外不断扩大形成木星，其引力足以吸聚星云中的氢和氦。相反，我们认为主星附近的温度很高，根本就不存在冰，上述行星形成的过程无法进行。不过我认为，也许有些星云的主星附近温度比水的冰点还要低。

无论如何，有地球质量大小的行星绕脉冲星旋转，以及有4个新发现的木星级行星绕类似太阳的星球旋转，就给了我们一种启示，也许我们的太阳系并非独一无二的。这就使我们想要建立一般的行星系统起源理论，以解释各种不同行星系统的起源。

天文学家最近利用一种叫作天文测量学的方法发现了2个类地行星，可能有3个，正围绕一个与我们太阳十分邻近的星体旋转。这颗星体的编号是拉兰德（Lalande）21185号。多年来，天文学家持续记录下它的精确运动轨迹，任何来自行星拉扯的小运动都被仔细记下。利用这些不规则的小运动，我们就可以发现绕它旋转的行星体。然后我们就有了一个我们熟悉的，或者至少有点熟悉的，类似太阳系的外星太阳系。看起来，星际空间中有两大类行星系统。

寻找新天新地

关于类木行星上是否可能存在生命，我只能说其可能性和木星上存在生命的可能性差不多——几乎不可能。可是，这些类木行星很可能有卫星，就像我们的木星有16颗卫星一样。因为这些卫星跟它们的行星一样，离主星很近，所以这些卫星的温度可能很温和，例如室女座70号恒星的类木行星。这些星球距离我们只有35~40光年，从星际间的距离来说，这已经算是很近的了。我们至少可以梦想，有朝一日，我们会发射非常高速的宇宙飞船去拜访它们，返回的数据可以交由我们的后代去分析。

同时，还有很多其他技术正在涌现。除了测量脉冲星的自转周期突变及探测星体波长变化的多普勒效应外，我们还有地面干涉仪或更高级的太空干涉仪[39]﹔能消除大气气流扰乱影像的地面大型望远镜[40]﹔利用远处大质量的天体引起的引力透镜原理进行地面观测[41]﹔精确度极高的太空望远镜，能观测到因行星在主星前面走过，挡住极小部分星光而引起的极微小的光度变化。在未来数年中，这些技术都很可能实现实际应用。所以，我们可以希望未来能收获一些很重要的探测结果。我们现在已濒临能在数千邻星之间巡弋穿梭的时代，可以探寻这些星的伴星。对我而言，在下个10年中，我们大概可以得到有关于银河星系中，太阳系之外的上百个行星系统的信息——也许，在这些外星的太阳系（指非太阳系的行星系）中，甚至可能会出现几个小小的蓝色世界，有海洋、氧气及大气层，以及奇迹的生命迹象。

[1]约翰尼·卡森的《今夜秀》曾创下美国电视史的纪录，播出了20年。他专请名人来，开些好笑而无伤大雅的玩笑，很受大众欢迎。卡森于2005年过世。

[2]在福尔摩斯的电影中，华生变成个傻助手，破案后总莫名其妙，每次破了案，福尔摩斯给华生解释时，开口白就是“Itiselementary，mydearWatson。”（我亲爱的华生，这太简单了。）人们喜欢这腔调，因而这句话很流行，到现在还很流行。

[3]卡格尼在银幕上并没有说过这句话，唯一和这句话有些相似的是1932年《出租车!》中的台词：“出来受死吧，你这个肮脏的、黄肚子的老鼠，要不然我会把你从门里揪出来!”

[4]出自《卡萨布兰卡》的对白。但实际没有人说过这句话，实际台词是“Youplayeditforher，youplayitforme!”（你为她弹过，你可以为我弹!）剧中只有过类似的台词“Playitonce，Sam”（弹一次吧，山姆）“Playit，Sam”（弹吧，山姆）。

[5]20世纪90年代数据。

[6]旅行者1号和旅行者2号是1976年美国发射的宇宙探险宇宙飞船，从火星、木星、土星、天王星，一直探测到海王星，一共走了20多年。我们对这些行星的认识都来自这两架宇宙飞船。现在它们穿越太阳系最外圈的行星和矮行星（海王星及冥王星），向星际空间运行，速度约每小时6万千米。

[7]人们正常讲话时没有这个问题。这是因为人耳接收声音信号的频率范围在20~20000赫兹，而这些爆破音（如b、p、c等）在拼读时，其区别就在爆破发声的音前声，这些音前声的频率都很高，在4000赫兹以上。一般的麦克风频率都不高，而差一点的扬声器（如廉价电视机中用的）的频率也不行。因此，在讲电话时peter和beter往往分不清，因此西方发明了一套方法，以单词代字母以区分，例如a念成able，z念成zebra等。由于这个频率的问题，电视节目中的发音就和普通发音稍为不同。如果有很易混淆的单词，如billion、million就加上注解，或如萨根做的，强调爆破音。