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另一个地球改变了什么

发布时间:2020-07-13 12:22:27 阅读: 来源:汤锅厂家

2014年7月24日,美国航空航天局宣布“开普勒太空望远镜”发现一颗距离地球1400光年的类地行星“开普勒452b”,它与地球的相似指数达到了0.98。1400光年对于当前的航天技术来说是遥不可及的,那么为何人类仍花大价钱试图去寻找这些只能看不能摸的目标?

科学发现改变三观

开普勒太空望远镜这个名字是纪念伟大的天文学家约翰内斯·开普勒,他在17世纪初发现了行星运动三定律,从而证明并发展了哥白尼的“日心说”,确定了我们的地球仅仅是太阳系里的一颗普通的行星。几十年后,牛顿以行星运动三定律为基础,提出了万有引力定律,解释决定宇宙运行的基本规律。开普勒的影响不仅仅是在科学领域,也极大地改变了人类思考世界的方式。

在“日心说”被证明以前,在地心说系统里,人们一般认为地球(以及人类)有极其特殊的地位,甚至认为地球和日月五星就构成了整个宇宙,至于恒星,那不过是包裹在“宇宙”外围的一层球壳。这类想法后来被称之为“单世界”理论。实际上这个想法又与自古以来人类信奉的宗教和神话观念有关。在神话时代,这个世界是由神灵创造的(所以并不大),而且特意为人类而创造的。可以说所有的古代宗教和神话,在解释世界为何如此的回答中,都是以人类为中心,以大地为中心,不管多么厉害的神灵或妖魔鬼怪,都是围绕着人类的生活为中心。当然,这些时代的科学水平还很低下,不足以抵消这些神话,而神话本身也给人类提供了对“安全感”的需求。

科学革命时代以来,随着知识的增长和积累,随着人们逐渐掌握了关于世界运行的科学规律,科学就像一支照亮黑暗的蜡烛,使人类逐渐摆脱了过去对神灵和魔鬼的恐惧,迷信退隐,理性显现。哥白尼的“日心说”的提出,尤其是开普勒等天文学家的发展,使人们发现了地球在太阳系里的真实地位。17世纪已经有哲学家提出,我们太阳系在这个世界并不是唯一的,每颗恒星都是一个类似太阳系的世界,这就是“多世界理论”。也就是说,早在人类有能力去寻找系外行星之前,早就孕育了不断向外求索的动力。

1950年代开始的太空时代,带来的不仅仅是科学技术的飞跃和全新的宇宙观,也给美国带来了巨大的社会和经济利益。美国通过阿波罗载人登月工程和太空探索的巨大成就,树立了美国不可战胜的科技强国形象,而且通过美国航空航天局与社会企业的协作,推动了一大批科技创新,并且获得了丰厚的经济回报。

从“我”出发,理解宇宙

迄今为止,地球仍然是我们所认识到的唯一存在生命的星球,是我们在茫茫太空中生存繁衍的唯一基地。当我们寻找宇宙中可能供生命存在的系外行星时,也是以人类自身生存为标准的。

包括开普勒太空望远镜在内,搜寻系外行星的探索中,最令人感兴趣的还是处在“宜居带”内的类地行星。所谓宜居带,就按照我们地球的样板,离其所属恒星不太近也不太远,温度适中,允许液态水存在,从而适宜生命(与地球碳基生命类似)存在的区域。就太阳系来说,宜居带的范围基本上是从金星轨道到火星轨道。

当然对于恒星也有要求,它应该是一颗像我们太阳这样单独存在的恒星,质量也应该与太阳相差不太多。因为这样的恒星演化时间足够长(寿命以十亿、百亿年计),有足够的时间允许行星形成,更能满足生命从无到有,从简单到复杂的演化过程。类地行星更不用说,海洋是生命的摇篮,陆地是生命壮大并得以自由发展的舞台;具有类似特征的木卫二、土卫六也成为当前航天探索的热点对象。当然也有科幻作家,包括像霍金等科学家设想在气态行星中可能也存在某种形式的生命,但在没有生物学证据之前,这些还只是幻想。

1980年,行星天文学家卡尔·萨根在参与“伽利略号”项目时,实施了一次“从外太空系统观测地球”的实验。“伽利略号”是前往木星的探测器,为了借助引力弹弓效应加速,它会再次飞过地球。当时它离地面只有约1000千米,萨根等天文学家发出指令,调用了“伽利略号”上的仪器瞄准了地球。通过获取的光谱等资料分析,他们能够推断出大气、水、云、海洋、冰川,以及生命迹象。

当然太阳系外行星的距离比这个只有区区1000千米的距离要远得多,以目前的观测技术,还拿不到像“观测地球”这样详细的资料。比如“开普勒太空望远镜”观测到的还只是行星经过母星之前造成的光变,无法获取行星光谱。下一代搜寻系外行星的望远镜,如美国航空航天局和欧洲航天局分别计划在2020年前后发射的“类地行星搜索者”和“达尔文探测器”,将能够尝试分析类地行星的大气光谱,观察是否存在氧气、水汽等能够支撑生命的物质。也许发现“外星生命”的日子已经不远了呢。

为万世而未雨绸缪

“生于忧患,死于安乐”,忧患意识是人类从弱小到强大,文明得以壮大的关键因素。人类起源于200万年之前的非洲草原,从采集、游牧进入定居生活才不过1万年时间。无论从史前时代与野兽搏斗,还是部落、国家之间的残酷竞争,使人类天生富有忧患意识。但从另一方面来说,人类的文明史并不长,有详细的历史记录的时间就更短了,也就是说,我们对于长时间的历史演变是缺乏经验的,在古人的想象中,也只有通晓天地造化的奇人才能够“前知一千,后知五百”,我们既往的经验都是基于几十年,至多几百上千年的历史。天文、地理、生物等科学研究告诉我们,人类、地球和宇宙都存在特征尺度为几十万年到上亿年的巨大变化。为了人类的集体福祉,必须有人提前考虑万世之利。

19世纪以来,天文学家对小行星、彗星的研究更表明,地球所处的环境不是绝对安全的。6500万年前统治地球的恐龙可能是由于一颗直径10千米的小行星撞击地球而绝灭,而这样的小行星在地球轨道附近所在多有。

在遥远的未来,作为地球光和热来源的太阳也会成为地球的威胁。近年来太阳物理学研究发现,在数十亿年间,太阳将变得比现在大10%,地球上的海洋将被炙热的太阳蒸发干,生命无法生存。当然我们利用某些手段推动地球向外迁移到新的“宜居带”位置,但这只是暂缓之计(且不论其成功率如何),当太阳最终死亡时,地球也仍将落入黑暗之中。

近年来哈勃太空望远镜已经发现在一些白矮星(这也是太阳的最终命运)周围发现了可能是类地行星的残骸,这让天文学家联想到了我们地球的未来。从现在起大约55亿年内,太阳将在烧尽它核内的氢燃料,开始燃烧外层的氢。在转变成红巨星的过程中,太阳内核将收缩,外层迅速膨胀。60亿年后,膨胀的红巨星太阳体积将扩大到现在的256倍,将吞噬地球轨道,把地球烧焦甚至使之灰飞烟灭。无论如何,地球生命(届时如果还有的话)将难逃劫难。

不过这项研究带来的好消息是,我们还有大约10亿年时间来为地球这次最终的世界末日做准备。拯救地球居民的一种方法是,离开地球前往其他恒星系。不过正如开普勒452b离我们足足有1400光年远,可以想见未来即使发现“宜居地球”,它的距离也是我们到达那里的巨大障碍,这就需要全新的航天科技才能带我们到达那里。幸好这一点科学家们也已经想到了。

2012年,美国航空航天局的科学家哈罗德·怀特宣布开始进行“曲率驱动”超光速飞行的实验。曲率驱动这个词由于经典的科幻电影《星际迷航》而变得流行,但长期以来只是科学家提出的一种数学模型,难以找到实现它的方法。哈罗德·怀特的想法是,先利用一束强激光来触发时空在微观尺度上的扭曲,实现极微小的时空扰动,为进一步的真正的“曲率驱动”实验铺路,他们已经在约翰逊空间飞行中心建立了一套被称作“怀特-朱迪曲率场干涉仪”的装置。这样的设想如果最终可以获得成功,那么未来的宇宙飞船理论上便可以实现在扭曲时空里以10倍光速飞行,而不会打破宇宙对“光速最大”极限的限制。

这些想法虽然看起来匪夷所思、遥不可及,但实际上,近几百年来,科学技术正呈现跳跃式变化的特征,新的科学技术既是在既往的科学技术基础之上产生的,又有许多难以置信的突发性创新。这些创新往往是连最顶尖的科学家也难以事先预料的。美国航空航天局推出的关于曲率驱动的研究,无独有偶,中国航天集团的工程师们也找到了科幻小说《三体》的作者刘慈欣,讨论未来可能的航天技术。在前沿科学技术领域,科学研究和科学幻想之间的界限正在越来越模糊。也许再过几代人,我们真的就会实现《星际迷航》那样的剧情,我们的某一代子孙将成为宇宙人类。(撰稿|孙正凡)

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