日报标题：太空望远镜发现的「第二地球」，真的有那么美好吗？ 郑永春，行星学家，《知识分子》独家签约作者。 随着开普勒太空望远镜发挥出在寻找系外行星方面的强大能力，在过去几年里，发现的系外行星数量有非常大的增长。可能是开普勒团队为了向纳税人和主管机构美国宇航局有所交代，科学家团队和媒体都有意无意地把在恒星的宜居带中发现的行星塑造成第二个地球、另一个地球、地球 2.0 等等。这样的新闻一而再、再而三地出现在公众视野中，而且新闻中的配图也都会画很多个地球。这样的新闻很容易误导公众，似乎在太阳系之外，还有很多很多的地球。 那么，另一个地球还是地球吗？ 1.遥不可及的美丽童话 地球孕育了人类，是迄今为止浩瀚宇宙中唯一确证有生命的星球。地球是太阳系八大行星之一，银河系中像太阳一样的恒星有上千亿颗，而整个宇宙中像银河系一样的星系又数以千亿计。 系外行星本身不发光，在遥远的、很亮的恒星附近很难直接观测到，大多通过行星运行时对恒星的扰动来判断。迄今还没有办法判断系外行星是否有岩石质的表面，是否有液态水，是否有磁场，大气层中是否含有氧气，更难以确认系外行星是否真正与地球环境相似。 如果人类足够幸运，真的发现了一颗类似地球的系外行星，那我们是否有能力到达这颗系外行星呢？ 开普勒望远镜最近发现了 8 颗系外行星，其中有 3 颗处于宜居带，温度范围允许液态水的存在。其中比地球大 12%的开普勒 438B 被认为最类似地球，距离地球 475 光年，公转周期为 35.2 天，取代去年发现的开普勒 186F，被认为是最有可能接近地球环境的系外行星。另一颗类似地球的系外行星开普勒 442B，距离地球 1100 光年，公转周期为 112 天。 以新视野号在借助木星引力加速后的峰值速度 7 万～7.5 万千米 / 小时（相当于 19～20km/s，大于第三宇宙速度）估算，飞到开普勒 438B 需要 684 万年，飞到开普勒 442B 需要 1584 万年。所以在星际飞行理论没有突破的情况下，如果依靠传统火箭，不借助时空穿越，人类基本上不可能抵达这些系外行星。 行星系统的宜居带。纵坐标为母恒星与太阳的质量比，横坐标为行星到母恒星的距离与日地距离的倍数 2.系外行星是否适合人类生存？ 在很多新闻报道中，系外行星往往被称为“超级地球”、“最类似地球的行星”、“第二地球”等，这似乎描绘了一个光明的前景，人类未来有可能移居到这些星球上去。但作为冷静的探索者，我们需要思考这些系外行星是否真的像地球一样，人类未来是否真的有可能移居到这些行星。 如果是短期登陆探访，有很多太空探索的目的地可供人类选择，因为密闭的登陆舱和厚重的宇航服可以保护我们。但如果要移居到另一颗星球，这就要求找到一个适宜人类长期居住的天体，这个天体必须具备更为苛刻的条件： 首先，要有大气层的保护。以地球海平面的大气压力为 1 个标准大气压为标准，医院里的高压氧气治疗为 1.4 个大气压，珠穆朗玛峰顶约为 0.41 个大气压。如果系外行星的大气太稠密或太稀薄，人类的心肺功能都将难以承受。如金星表面是 90 个大气压，连载人登陆都无法实现，更不可能适合人类生存了。 除大气压外，还要拥有合理的大气成分和比例。地球大气的主要成分是氧气和氮气，而且要符合一定比例。氧气含量过高，人会发生“醉氧”，过低则会缺氧。 但是，目前的探测手段还难以确定系外行星是否拥有大气层，更难以判断大气成分。从太阳系的经验分析，土卫六的大气是氮气和甲烷，木卫二为纯氧，金星大气主要为二氧化碳，可能大多数系外行星的大气成分主要为氮气、甲烷、二氧化碳等，根本不适合人类生存。 除了氧气，地球大气层中的微量气体也发挥了很大作用，比如臭氧过滤掉了对人类危害最大的紫外辐射。系外行星如果没有臭氧层，人类患皮肤癌的概率将大大增加。 这是阿波罗航天员拍摄的地球从月球的地平线上升起的照片。太空中那蔚蓝色的星球是如此与众不同，如此生机勃勃，如此弥足珍贵 其次，要有液态水和适宜的温度。水是生命之源，根据地球的经验，生命的存在离不开水。有了水，才有可能形成生态系统，人与生物圈才能形成相互依赖、不断进化的生态系统，否则人类单独是难以长期生存的。 实际上，现有科技手段还无法证实系外行星上是否有液态水，只能根据系外行星与恒星之间的距离来估算行星上的温度，并根据温度范围推断是否有液态水的存在，并非探明真的存在液态水。即使系外行星与恒星的距离位于宜居带内，也并不能保证行星表面具有适宜的温度。行星大气层的密度和成分将显著影响行星表面的温度。 根据达尔文的进化论，生命的演化需要经历漫长的历史。太阳作为太阳系的母恒星，是一颗中等质量的恒星，人类预测其寿命大约 100 亿年。 现在太阳的演化已经过去约 50 亿年，地球的形成已历经了 46 亿年。地球诞生后 8 亿年才出现简单的生命，而人类的出现则不过 250 万年。换言之，太阳系诞生约 50 亿年后才繁衍出高度发达的文明。在宇宙中，如果母恒星的质量太大，其寿命就会比较短，它的行星就会来不及在母恒星的“有生之年”演化出相对复杂的生命。 再次，适宜居住的系外行星必须有一个岩石质的表面，让人类可以继续生活在陆地上。由于系外行星的质量越小就越难观测到，所以早期发现的系外行星大多是木星那样巨大的气液态行星，并不适合生命生存。 适宜居住的还要有一个完美的磁场，可以屏蔽来自恒星和恒星际的高能带电粒子；这些行星必须已经演化到了中年阶段，内部能量的释放比较温和，因为处于演化早期的年轻行星往往会狂暴地释放内部能量，地震和火山爆发的强度和频度太大，人类在这些自然灾害面前的生存机会将十分渺茫。 最后，系外行星所属的恒星的能量释放要比较稳定，否则人类在恒星爆发的超级带电粒子风暴面前只能坐以待毙。行星系统要已经演化到晚期阶段，大量的小天体碎片已经被大的行星吸积，行星际空间逐渐清朗，可以大大降低行星被小天体撞击的几率。 总之，人类之所以能在地球上生存，是因为地球穿了几层保护人类的防护衣。第一层是磁场，它屏蔽了大量高能带电粒子，保护我们免受高剂量辐射的伤害；第二层是大气层，它提供了人类呼吸所需的氧气和植物生长所需的二氧化碳，其中的臭氧又过滤掉对人体有害的紫外线；第三层是水圈，水作为载体，促进了地球各圈层之间的物质循环和生物的新陈代谢。 人类在地球上所享用的大气、磁场、海洋、陆地，我们视之为理所当然，然而从整个宇宙的角度来看，实乃稀世珍宝 如果从太阳系外看，地球就像宇宙中的一粒尘埃，恰恰是这粒尘埃，却是人类唯一的赖以生存的家园。我们遗憾地发现，迄今为止，地球仍是太空中唯一适合人类长期居住的行星。系外行星的想象虽然美好，但这只是一个美丽的童话，另一个地球美好的“远水”解决不了人类面临的“近渴”，人类未来的命运系于地球。除了地球，我们别无他所。 阅读原文
