千奇百怪的外星世界(上):真的會有第二個地球嗎?
幾年前,某個新聞網有個報導說:有個女孩,她的腳趾比別人都長出很多,乍一看去,還會以為是手指,但小時候的她並不有覺得她的腳趾異常,因為她的家人也同樣是長腳趾。當她第一次看到別人的腳趾時,還心想他們的腳趾怎麼那麼短,長大後才慢慢發現,原來奇怪的人是她自己,自己才是那個異類。
【誰才是異類】
作為普通人,也許我們無法感覺當事人的感受。然而,你們可知道,現代的天文科學家們,他們卻有著同樣的感受。
現代天文學已經能夠讓科學家們探索太陽系外的外星世界。科學家們一直以為,系外的恆星系應該與太陽系相類似。太陽系在銀河系中應該很普遍。
可是當科學家們發現了一個又一個系外恆星系、一個又一個系外行星時,他們發現,外星世界是如此的千奇百怪、是如此的異彩紛呈。宇宙中的行星系統有著非常廣泛的多樣性,它們一點也不像我們。
讓科學家們震驚的是,像我們太陽系的恆星系非常罕見,而像我們地球的行星,更加非常罕見。科學家們根本找不到另一顆與之匹配的行星。
也就是說,本以為太陽系、地球是很普通的恆星系及行星,而事實上,我們的太陽系、我們的地球太另類了,就如上文提到的那個女孩一樣,現在科學家們才知道,我們的太陽系、我們的地球才是那個異類!
400多年前,一位勇敢的哲學家就首先提出了這樣一個問題,如果夜空中的星星和我們的太陽一樣,那麼它們也會有行星嗎?
【脈衝星旁邊的行星】
當科學家們在太陽系外發現第一顆被確認的行星時,就把科學家們震憾到了。這顆行星並沒有像我們的地球那樣繞著恆星運行,它的運行軌道所圍繞的物體是宇宙中最劇烈、最神秘的物體之一——脈衝星。
這個很不符合邏輯,科學家無論如何也不會想到會在脈衝星的旁邊發現行星,覺得這是最最不可能發現行星的地方。
脈衝星是宇宙中最引人注目的東西之一,一茶匙的脈衝星質量和珠穆朗瑪峰的質量差不多。它們可以每秒旋轉數百次。可以想像一下,把整個太陽的質量擠壓成一個不大於曼哈頓的天體中(曼哈頓的面積是59.5平方公里)。
脈衝星是在超新星爆炸的宇宙烈焰中誕生的,這些爆炸威力巨大,如果發生在像地球這樣的普通行星附近,行星就會在爆炸中蒸發。正因為這樣,使得它們成為行星最不太可能的家園。
在超新星爆炸後, 發現圍繞脈衝星運行的行星,就像去了一個毀滅性的地震現場,然後找到一家瓷器店,裡面有所有的盤子和其他所有的東西一切都完好無損,沒有一點划痕。
這根本說不通,要讓一顆行星在超新星爆炸中倖存下來,它必須由非常堅硬的物質構成。但,那是什麼呢?
圍繞脈衝星旋轉的行星
2011年,天文學家發現了一顆奇怪的行星,它在巨蛇星座中一顆快速旋轉的脈衝星附近運行。這顆行星很大,是它所環繞的脈衝星的3000倍。
但真正令人驚訝的是它的成分,這顆行星似乎富含碳元素,但由於密度太大,它只能以鑽石的形式存在。
你沒有看錯,整個星球就由一顆超大的鑽石所構成的。鑽石行星可能是宇宙中最壯觀的地方之一了。如果有人能到鑽石行星,那他一定會失去理智的。
但是,無論鑽石行星有多美麗、多誘人,都不是你想去的地方。因為這顆行星巨大的密度產生的引力比地球上的引力強15倍以上,人體會受不了的。
那麼鑽石行星是如何形成的呢?科學家認為只有一種解釋,它一開始肯定是一顆恆星,並且是與一個大得多的伴星形成雙星關係。
我們的太陽系只有一顆恆星,但大多數恆星係不止一個恆星,恆星圍繞彼此旋轉。所以我們的太陽係是少數的單恆星系中的一員。
劉慈欣的科幻小說《三體》講的就是有著三顆恆星的系統。其實上,宇宙中存在很多三恒星系統,甚至多恆星系統也是存在的。在銀河系中,超過60%的恆星系統,都屬於多恆星系統。
數十億年前,這顆鑽石行星是一顆黃色的恆星,很像我們的太陽。它的大得多的雙星夥伴迅速燃燒完了它的燃料,然後爆炸成一顆猛烈的超新星,留下了一顆脈衝星的殘骸。
這顆類似太陽的恆星足夠大,可以在爆炸中倖存下來。它也會耗盡燃料並死亡,然後留下一個被稱為白矮星的燃盡核心。
脈衝星的引力開始從白矮星的外層竊取氫和氦等較輕的元素。直到白矮星幾乎只剩下這顆死亡的恆星在其生命週期中所產生的所有碳分子。
剩餘物中的壓力非常大,以至於碳只能以結晶的形式存在,最終變成了一顆壓實的鑽石星球。
不過,事實證明這些宇宙鑽石並不是永恆的,脈衝星的引力吸引著這顆鑽石行星,讓它沿著緩慢而不斷減少的死亡螺旋軌道,慢慢向脈衝星靠近。
在某個時刻,當它越來越接近那個脈衝星時,引力越來越難將它拉伸。當它離脈衝星很近的時候,這種力量會變得非常強大,會把整個星球撕成碎片。
想像一下,一顆一萬億克拉的鑽石被撕成碎片,自身的引力再也不能把身體聚集在一起,於是就被完全撕碎,形成一場壯觀的鑽石雨。
被脈衝星撕碎的鑽石行星
“鑽石行星”、“鑽石雨”,這些聽起來是很酷。但科學家們尋找系外行星,並不是想找很“酷”的行星。拜託,我們是人類,科學家們想找到另一個像地球一樣的行星。
【最近鄰居有潛在的類地行星】
當我們仰望星空的時候,可以看到的無數的光點,肉眼所見幾乎每一個光點都是一顆恆星,在其周圍可能圍繞著行星。然而銀河系中還有很多肉眼無法看到的恆星,那就是紅矮星。
它們比太陽小得多,但它們同樣是行星的家園。紅矮星比銀河系中任何一種恆星都要多。所以我們銀河系中最常見的行星,是一顆生活在紅矮星周圍的行星。
在銀河係數十億顆紅矮星中,超過二十分之一的行星的軌道距離剛好適合液態水在表面聚集。如果再靠近一點溫度就會太熱,地表水就會沸騰,而再遠一點,水就會結冰。那麼這些圍繞紅矮星運行的行星,能為我們這樣的生命提供棲息地嗎?
但這裡有個問題,許多紅矮星的行星的運行軌道離它們的暗淡的恆星非常近。導致行星的同一面總是朝向恆星,永遠被恆星的巨大引力鎖定。科學家稱這種現象為潮汐鎖定。
如果你有幸降落在被恆星潮汐鎖定的行星上時,你會看到有別於在地球上的景色。至於什麼樣的景色,這取決於你在哪裡。
如果你在行星的某一點,就在恆星下面,當你抬頭看天上,就會發現恆星一直在正上方,它永遠停留在那個地方。它永遠不升起也永遠不會降落,一直不會移動。
但是,如果你在星球的另一邊,那將總是在晚上,你抬頭看天空,你永遠看不到天上的主星。
2016年,天文學家發現了一顆潛在的類地行星,圍繞著離太陽最近的比鄰星運行。這顆被稱為proxima b的行星,離它的宿主恆星很近,可以擁有像地球一樣的海洋。但科學家懷疑它被潮汐鎖定了。
所以,Proxima b可能看上去,可能就像一個巨大的眼球一樣盯著它的母星。夜晚一面是一片黑暗、冰凍的荒野,白天一面是一片陽光普照的沙漠。
但在這兩者之間,可能存在著生命的希望。在永恆的黃昏中,一條又長又薄的陸地像絲帶一樣環繞著星球。
proxima b想像圖
在兩種不同的景觀之間的界限,可能會有像我們現在所處的地方一樣。會有液態水從這些冰川中流出,流淌下來,流入這片荒原,形成美麗的海灣。
那麼這個proxima b的環形地帶真的是外星文明的家園嗎?在科學家們去那里之前,尚無定論。
紅矮星的壽命非常長,它可以燃燒上萬億年。它們的數量是其他恆星的三倍,如果先進的外星文明真的存在,紅矮星的行星可能是找到它們的理想場所。
科學家們還沒見到過紅矮星的死亡,所以如果這是真的,那麼就有足夠的時間讓生命起源發展了。所以不僅會有微生物的生命,也許還有更複雜的生命,然後再進一步甚至有可能在這些地方有智慧的生命。
【黑闇騎士】
二十多年來,天文學家一直在掃描天空尋找外星世界。他們發現,到處都能找到系外行星,幾乎到處都是。他們希望發現多個像地球一樣行星。
然而,事與願違,他們發現了一個到處充滿奇異世界的星系。當搜尋所有這些系外行星時,可以看到宇宙是一個有著豐富的想像力世界,各種有趣的結構。
2011年,天文學家大衛·基平,正在審查一顆氣體巨行星的數據。該氣體巨行星正緊緊圍繞著一顆遙遠的恆星運行。當他研究母星的亮度時,他發現了一些非常奇怪的東西。看起來這顆繞軌道運行的行星正在吞噬恆星的光芒。科學家們給這顆行星命名為tres-2b。
目前科學家們尋找系外行星最主要的手段就是檢測恆星的亮度。當行星繞著恆星運行時,它們會從恆星面前經過,於是這個恆星的光線就會被行星稍稍遮擋了一點。從我們地球上看上去,恆星的亮度稍稍降了一點。雖然這個亮度只是稍微降低了一點,我們的肉眼無法分辨出來,但靈敏的太空望遠鏡卻能捕捉到這個變化。
正是運用這種技術,科學家們已經發現了很多的系外行星。迄今為止科學家們發現了5000多顆系外行星。
行星tres-2b同样也是从恒星表面经过,但科学家们发现,恒星的亮度显著下降。唯一的解释是这颗行星几乎没不反射任何光线,反射的光线不到它接收光线的1%。所以这颗行星比黑色的丙烯酸漆还要深。我们在地球上看到的煤已经够黑了,但这个行星比煤还要黑。可以说它比你生活中遇到的任何物质都要黑暗。出于这个原因科学家们给这个星球起绰号叫“黑暗骑士”。
“黑闇騎士”想像圖
我們知道黑色物體之所以看起來是黑色的,是因為它們吸收了照射到它們表面的大部分光線。物體吸收的光線越多,它看起來也就越黑。但“黑闇騎士”是有非常強烈的黑色,它幾乎是吃掉了它周圍的光線。
這顆奇怪的行星還有另一個秘密,離它的主星距離非常近,以至於它的大氣層達到了令人難以置信的溫度,1000攝氏度以上,熱得足以熔化黃金。
經過分析,科學家們認為這顆系外行星的大氣層中發生了一些非常奇怪的化學反應。空氣中會有鈉蒸汽、鉀蒸汽,甚至還有氧化鈦。這些物質在地球上是固體的,但在這個星球上,太熱了,所以它們是氣體。這些氣體,是很好的吸光物質,正是這個創造了“黑闇騎士”怪異的陰影外觀。
通常,這種吸收僅限於非常窄的顏色,如黃光。但這顆行星太熱了,以至於吸收特徵被拓寬了。導致這種吸收特性橫跨整個可見光波長,所以這顆行星看起來非常暗。
行星tres-2b是一顆氣態行星,所以它不可能在離恆星如此近的地方形成。當年輕的恆星迸發出生命時,它們會吹走環繞它們周圍的氣體和塵埃。
所以“黑闇騎士”一定是從遠離恆星的位置產生,那裡是冰和氣體豐富的地方,然後逐漸由外向內螺旋運行到現在的位置。
當“黑闇騎士”從圍繞恆星旋轉的氣體和塵埃盤中積累物質時,它會猛地撞擊這個塵埃盤,於是形成了阻力。所以就這樣非常緩慢地在數百萬年裡,以螺旋的方式越來越接近恆星,最後導致這顆巨大的行星它的運行軌道非常接近它的主星,變成一顆熾熱的氣態行星。科學家們把這一類行星稱為“熱木星”。
“黑闇騎士”剛剛誕生的時候,很可能與今天的木星一樣有非常明亮的顏色和一個有狂暴的暴風雨大氣層。但當它靠近它的熾熱恆星時,星球的大氣層開始變熱逐漸變黑,最後變成了“黑闇騎士”。
所以“黑闇騎士”讓科學家們確信氣態巨行星可以飄向他們的主星,這些氣態巨行星是會移動的。
科學家們想到了另外一個問題:相反的事情會發生的嗎?它們有時會漂出恆星係嗎?
【孤獨的孤兒行星】
天文學家把望遠鏡轉向恆星之間的空間。他們驚奇地發現了幾十顆系外行星漂浮在開闊的空間中。這其中有一個孤獨的孤兒行星可能是科學家們見過的最奇怪的系外行星。
2013年一群天文學家在夜空中搜尋一種叫做棕矮星的神秘天體。
棕矮星是失敗的恆星,由於體積太小,所以無法發生核聚變點燃核心。但這些昏暗的氣體星球確實會散發出一些熱量,所以天文學家能夠用紅外望遠鏡將它們分辨出來。
我們所說的恆星,其實質是一個巨大的氫氣星球,它的質量剛好可以使內部的溫度升高到足以發生核聚變的程度。
但宇宙也完全有能力產生一些質量不夠大,無法使核聚變發生的天體。這類天體科學家們稱之為棕矮星。
當天文學搜尋棕矮星的時候,卻探測到了另外一種天體。這些天體並不是他們所期望的棕矮星。他們的質量太低,不可能是棕矮星。所以一定是一顆氣體行星。但它的主星卻不見了。這顆行星似乎漂浮在開闊的宇宙空間裡。
孤獨的孤兒行星想像圖
天文學家偶然發現了銀河系中最神秘的天體之一——一顆孤獨的流浪孤兒行星。
行星,顧名思義,在某種意義上,是圍繞恆星運行的天體。但這些行星沒有主星,就像是沒有父母的孤兒一樣,在開闊的宇宙空間裡游盪。
經過科學家們的估算,我們的星係可能有數十億顆遊蕩在星際空間的流浪行星。
如果沒有一顆恆星來給它們提供溫度,你會認為流浪行星一定是寒冷的。但2013年發現的這顆行星非常怪異,它很熱!在這個星球的厚重的大氣層內部,氣體在華氏760攝氏度以上的高溫下燃燒。
這顆行星幾乎肯定有令人難以置信的天氣,有巨大的風暴,大量的熱空氣上升和冷空氣下降。不僅如此,科學家們還發現在很多這樣的環境中,如果溫度足夠高,鐵和其他金屬會蒸發。當它們冷卻的時候,這些東西會像雨一樣掉下來,你可以想像滾燙的金屬水的雨滴從空中落下。
在灼熱的雲層深處,壓力不斷增加,直到重力的壓力變得非常大,以至於氫氣變成了一種奇怪的液態金屬。
但是這個星球從何而來?怎麼會這麼熱呢?
這顆行星的灼熱讓科學家們聯想到在一個新形成的行星系統的炎熱混亂環境中,就有這樣剛剛誕生的氣態巨行星。
這顆流浪行星是否有可能就是一個嬰兒行星被它的嫉妒的行星兄弟從它的育兒室扔了出來嗎?
這顆行星顯然是在恆星附近形成的,但是,在同一個窩裡肯定有其他的行星。在恆星系形成早期,它們過於接近,引力相互作用,通常會使其中一些行星減速,而使另一些行星加速。如果加速的速度足夠快,那顆行星就有可能完全脫離恆星系統並進入宇宙深處……
這是一個被遺棄的氣體巨人嬰兒,但這個世界可能並不孤獨,它可能有衛星。在我們的太陽系中,木星和土星的橢圓軌道上運行著很多冰質衛星家族。科學家們還發現了覆蓋著廣闊液態水海洋的冰層。
正如我們在太陽系的衛星上所看到的,這些衛星也可以非常活躍。如果它們主要是以冰組成的世界,它們與主行星的引力相互作用會拉伸它們、擠壓它們、並使它們升溫。
這些潮汐力可以為火山口提供熱的動力,就像地球海洋深處的火山口一樣。在我們的星球上,陽光照射不到的海洋火山噴口,那裡依然支撐著各種奇怪的生命。類似的事情會發生在某個流浪星球的潮汐般炙熱的衛星上嗎?
這是完全有可能的,雖然很大程度上是推測性的。
從這件事情上可知,科學家們為了尋找地外/系外生命,幾乎是著了魔。因為,地球真是太“孤單”了,科學家們至今還沒有在地球以外的地方找到生命存在的直接證據。為了人類的將來,科學家們真的希望能在宇宙的各個地方找到生命存在的證據,這樣地球才不再“孤單”,人類才不再“孤單”。這種“孤單”的感覺快要“逼瘋”科學家們了。
這顆流浪行星的衛星上,雖然推測有可能會有奇怪的生命,但很難想像這些深海生物在火山口貧乏的能量下能發展成先進、複雜、智能的生命。要找到文明存在的證據肯定還是需要從別處尋找的。
【戴森球】
自2009年以來,執行對系外行星搜尋任務的開普勒太空望遠鏡讓搜尋系外行星的工作發生了徹底的改變。它探測到的系外行星數量超過了地球上其他所有望遠鏡的總和。
開普勒之所以成功,是因為它能夠同時觀測15萬顆恆星。如果開普勒發現其中一顆恆星發出的光在一瞬間變暗,那麼一顆系外行星可能正在穿過它的軌道。探測到的亮度變化幅度越大,則係外行星的體積可能就越大。
但在2011年和2013年,開普勒發現了一顆亮度變化超出了正常範圍的恆星。這顆神秘的恆星被稱為“塔比之星”。它的名字是以研究這個奇怪行為的天文學家的名字來命名的。
這種行為迫使科學家們考慮一種完全改變宇宙的可能性。塔比星真的很有趣,因為我們知道有一個物體繞它運行,它擋住了大量的光線,所以我們才知道它在那裡。
但它比一般行星所能阻擋的要多得多。如果是一顆木星大小的行星圍繞著一顆普通恆星運行,它會擋住百分之一的光線。這只是一個非常非常小的亮度下降,但是對於塔比星,科學家們看到的是巨大亮度下降幅度,有20%的光被遮擋住了。
如果開普勒的讀數是正確的,一些巨大的東西正在塔比星周圍移動。還有一個外部的可能性,就是某個行星的殘餘物,被外星人拆開後製作成一個巨大的太陽能發電廠。
一個真正先進的文明,會是把一些毫無價值的星球,比如我們太陽系裡的海王星,拆成一個巨大的球體,放在他們星球的軌道之外收集並利用陽光。
對於一個星球而言,最好的能源就是你的主星。所以你可以建造巨大的建築來獲取能量。這樣的裝置,弗里曼·戴森稱之為戴森球。
戴森球想像圖
如果一顆系外行星的殘骸擋住了塔比星的光線,那麼外星人肯定在忙碌著。他們的巨形結構一定非常巨大才能解釋科學家所看到的暗淡現象。
戴森球也許是科幻小說的夢想,那麼如何證明它是真實的呢?
搜尋外星文明計劃(SETI)的天文學家把望遠鏡轉向塔比恆星,希望能竊聽到外星人建造者的無線電通訊。他們花了一兩個星期的時間,通過無線電撥號的廣泛範圍來觀察它,尋找任何可能的信號。但什麼也沒找到。在巴拿馬,科學家們還用望遠鏡尋找閃光的激光,同樣,什麼也沒有找到。
如果說一種戴森球是圍繞著塔比之星建造的,那麼它的工作人員顯然是非常安靜的。每一個重大的猜想都需要有力的證據,看到光的變化就很有趣,但這只是很有趣,卻不能令人信服,這還不是證據。
如果不是戴森球,那麼還有什麼可能導致塔比星的光線急劇變暗呢?有可能是恆星活動導致的嗎?還是恆星周圍有個碟狀物嗎?會不會是解體的行星?
現在看來,最有可能性是一系列圍繞這顆恆星運行並導致這些亮度變暗的彗星。彗星是行星系統形成後留下的巨大、骯髒的雪球。
但如果塔比星周圍存在一個巨大的彗星團,它們的可能性會顯得更大。如果它們靠近它們的恆星,這些冰就會升溫變成氣體並膨脹。不斷膨脹的雲團比行星還要大得多。我們在自己的太陽系中就能看到這一現象。
巨大的彗星雲可能擋住了塔比星的光線,但有一個問題:不太可能有足夠的彗星來解釋這些亮度的下降。而且紅外信號也沒有什麼異常。
所以可能科學家們錯過了什麼,要么塵埃的擴散相對較快,這是很有可能的,或者說除了彗星的解體,還有其他的原因。目前的理論都不能完全解開塔比星的奧秘。
所以,目前一個由行星建造的外星巨型結構仍然是一個有趣的遙遠設想。
【超級地球】
科學家們對系外行星的搜尋,揭示了一個現象,銀河系充滿奇異的行星系統和奇異外星世界。然而最令人驚訝的是,這些世界中很少有像我們的星球——地球。
到目前為止,科學家們還沒有發現很多和我們的太陽系完全相同的太陽系。
我們的太陽系,裡面有小行星,外面有大行星。而這樣的恆星系在銀河系真的很少。
科學家們發現圍繞其他恆星最常見的行星類型是所謂的“超級地球”。這些超級地球都有著厚厚的大氣層,產生的壓力太高,無法支持我們這樣的生命。
那麼,為什麼我們這個有著裸露的大陸和相對稀薄的大氣層的小行星顯得如此罕見呢?
一個全新的、激進的觀點認為,地球可能是第二代行星。地球是由曾經主宰早期太陽系的巨大岩石世界之間一場毀滅競賽的遺跡建造而成。
在我們所知的這些行星之前,或許存在著被撞飛出去或者直接飛向太陽的行星。地球因此成為了第二代行星。我們可能有一些我們從來不知道的兄弟姐妹。
想像一下這樣的場景……46億年前,我們太陽系中的行星開始由巨大的塵埃和碎片組成。巨大的木星是第一個形成的,進入一個遙遠的軌道。
今天地球所在的地方誕生了一系列超級地球,它們是地球質量10倍的廣闊世界。它們的引力主宰著太陽系內部,阻止了較小的地球大小的行星的形成。
但好景不長,沒多久,木星形成了。太陽系誕生的幾百萬年後,由於原行星盤引力的驅動,導致了木星的減速。它開始螺旋向太陽內部旋轉。當它向內移動時,它將小行星和碎片的波浪推向了這些超級地球。
這些碎片擾亂了巨大行星的軌道,有些行星可能互相殘殺,而有些行星被送到太陽表面。一時間,太陽系內部“血雨腥風”。
轉機出現了,木星被新形成的土星的引力拖了出來。留下來的太陽系內部是一個耗盡了固體和氣體物質的地方。就在這個地方,經過數億年的時間,碎片慢慢地聚合併最終形成我們今天所擁有的類地行星。
行星建築在太陽系內部重新開始。但這些新行星以碎片為食,使得它們比前身小得多。大氣層更薄,壓力更低,這其中包括我們自己的行星,地球——一顆為生命準備的第二代行星。
長期以來,科學家們一直在試圖找出使生命有可能在一個星球上生存的所有不同的因素。比如一定要暖和,並且它必須是穩定的。好吧,也許現在有了一個新的條件,就是成為第二代行星,才是需要尋找的條件之一。
如果這是真的,我們星球不可思議的誕生故事可能會提供一個理由:為什麼我們看不到外面充滿智慧生命的其他世界,也許地球就是打破規則的行星。
而在銀河系中的恆星系中,我們自己的太陽係可能是個例外。
當你觀察我們的太陽係時,最奇怪的行星是什麼?現在你應該知道答案了:沒錯,最奇怪的行星應該是地球,地球才是宇宙中最奇怪的行星。
科學們還沒有在宇宙其他地方發現生命,但他們還在繼續搜索,希望能證明自己是錯的。
如果科學家們能在數十億個世界中發現另一個星球,並且星球上有智慧生命。到那時,科學家們才能明確地宣布:地球不是獨一無二的。