韋伯望遠(yuǎn)鏡能很快找到地外生命嗎?科學(xué)家充滿信心
發(fā)布時(shí)間:2022-07-21
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科學(xué)家們認(rèn)為,雖然在太陽系內(nèi)沒有找到地外生命,卻很可能在系外行星(太陽系以外的行星,后同)發(fā)現(xiàn)地外生命,他們對(duì)韋伯望遠(yuǎn)鏡充滿了期待。

美國(guó)亞利桑那大學(xué)天文學(xué)教授克里斯·英佩和行星科學(xué)教授丹尼爾·阿佩認(rèn)為,由于韋伯望遠(yuǎn)鏡(后面簡(jiǎn)稱“韋伯”)能夠得到系外行星大氣層的光譜資料,從而可以分析出這些大氣的特征,或許能夠很快發(fā)現(xiàn)地外生命的跡象。

觀測(cè)地外行星大氣層只是韋伯望遠(yuǎn)鏡的副業(yè)/

韋伯望遠(yuǎn)鏡研制了25年,花費(fèi)100億美元,是史上迄今為止最貴最高級(jí)的空間望遠(yuǎn)鏡,沒有之一。這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的主要任務(wù)很高大上,就是希望看到宇宙大爆炸的起點(diǎn),也就是138億光年的宇宙。

科學(xué)觀測(cè)和研究已經(jīng)得到了宇宙大爆炸的最重要證據(jù)——宇宙微波背景輻射,被認(rèn)為是宇宙大爆炸發(fā)出的第一縷光留下的余燼,是宇宙大爆炸最初始狀態(tài)殘留。韋伯望遠(yuǎn)鏡就要將這縷光調(diào)查清楚,還原大爆炸的初始狀態(tài)。

因此,韋伯望遠(yuǎn)鏡配備了高度靈敏的紅外線傳感器、光譜器等。與哈勃望遠(yuǎn)鏡最大的不同,就是能夠在比可見光更長(zhǎng)波段的紅外線波段觀測(cè),由于紅外線能夠穿透宇宙塵埃,加上主鏡直徑是哈勃望遠(yuǎn)鏡(后面簡(jiǎn)稱“哈勃”)的2.7倍,采光面積是哈勃的6.5倍,因此韋伯的觀測(cè)能力是哈勃的100倍。

這個(gè)能力有多厲害呢?有人比喻可以清晰地辨認(rèn)40公里以外的一枚硬幣。這個(gè)比喻當(dāng)然并不很嚴(yán)謹(jǐn),如果說韋伯比哈勃強(qiáng)100倍的話,那么難道哈勃就只能看清400米遠(yuǎn)的一枚硬幣?

韋伯發(fā)射后在太空已經(jīng)受到6次微隕石撞擊,其中最后一次被認(rèn)為超出設(shè)計(jì)忍受的撞擊預(yù)期,人們很擔(dān)心將會(huì)影響觀測(cè)和圖像。但北京時(shí)間7月12公布出來的圖像依然讓人驚艷,與哈勃極端深空視場(chǎng),簡(jiǎn)稱哈勃極深場(chǎng)圖片對(duì)比,差距立現(xiàn)。

據(jù)稱,一粒沙粒放在指尖手臂伸直遮擋的這樣一小塊天區(qū),韋伯就拍攝出了上千個(gè)星系,最遠(yuǎn)的星系距離我們135億光年;而哈勃原先同位置拍攝的天區(qū)星系則少了許多,且清晰度完全不是一個(gè)量級(jí)。(見上圖)

這讓許多天文學(xué)家們欣喜若狂,更多的宇宙之謎將要揭開。難怪美國(guó)總統(tǒng)都等不及原定發(fā)布時(shí)間,而提前一天舉行了發(fā)布會(huì),正副總統(tǒng)罕見的同時(shí)出席。發(fā)布的那些比哈勃清晰度高出很多的圖片,讓大家懸著的心放了下來,100多億美元總算沒有白白扔掉。

發(fā)布的這些圖片只不過是韋伯小試牛刀,真正聚精會(huì)神的觀測(cè)還沒有開始。而觀測(cè)系外行星則只是搞了點(diǎn)副業(yè),但這一瞥還真驚世駭俗,竟捕捉到了行星大氣,預(yù)示著可以通過分析行星大氣,得出那個(gè)星球有沒有生命存在!

天文學(xué)家們?nèi)绾螌ふ蚁低庑行牵?/strong>

自從上世紀(jì)開啟了航天新時(shí)代,科學(xué)家們就一直希望找到地外生命甚至地外文明。在人類還無法看清附近行星的時(shí)候,曾經(jīng)憑著觀測(cè)到的一些蛛絲馬跡,產(chǎn)生過許多幻想,如金星人、火星人等。

其實(shí)早在遠(yuǎn)古時(shí)代,人們就幻想過距離我們最近的一個(gè)星球~月球上有生命存在,中國(guó)古代一直傳說著美女嫦娥就住在月球的廣寒宮里。上世紀(jì)對(duì)月球的無人探測(cè)和載人登月活動(dòng),讓流傳幾千年的神話破滅了,月球不但沒有人,連大氣也沒有,一根生命之毛也不存在。

于是人們的目光轉(zhuǎn)向了距離我們最近的金星和火星,通過望遠(yuǎn)鏡,可以依稀看到金星濃密的大氣,火星上有蛛網(wǎng)式的溝壑。于是人們猜測(cè)金星上有金星人,火星上有火星人,火星上那些溝壑是火星人建造的人造工程,從規(guī)模看,能做出如此巨大的人造工程,那里的文明程度比人類強(qiáng)大多了。

隨著后來一次次行星探測(cè)活動(dòng),讓這些幻想一個(gè)個(gè)破滅,不但金星和火星沒有發(fā)現(xiàn)生命,就是在整個(gè)太陽系大大小小的行星、矮行星、衛(wèi)星上,也沒有找到任何生命的證據(jù),但科學(xué)家們并沒有死心,依然孜孜不倦的在認(rèn)為可能存在生命的土衛(wèi)六、木衛(wèi)二、火星等星球上找著。

但有一點(diǎn)似乎早就成為科學(xué)界的共識(shí),就是太陽系不可能存在地外高級(jí)生命,即便那幾顆星球真的有生命存在,也是極其低級(jí)的菌類生命。于是科學(xué)家們?cè)缇蛯⒛抗廪D(zhuǎn)向了太陽系外,開始大范圍搜索地外行星。

經(jīng)過幾十年的努力,通過開發(fā)一系列越來越先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡,現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了5000多顆系外行星。這些發(fā)現(xiàn)證明了一個(gè)事實(shí),恒星普遍有行星相伴。但這些行星上有沒有生命或文明呢?到現(xiàn)在還沒有任何有價(jià)值的線索。

但迄今為止,所謂的“發(fā)現(xiàn)”,并非真實(shí)地“看”到或看清了那些行星,說穿了,絕大多數(shù)只不過是“感覺”到了那里有行星的存在而已。這是因?yàn)槿祟惉F(xiàn)在的觀測(cè)能力相對(duì)廣袤的宇宙,實(shí)在還太渺小了,即便最強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡也還無法看清距離我們最近的恒星,只能看到一個(gè)亮點(diǎn),更別說比恒星體積小數(shù)萬乃至數(shù)十、數(shù)百萬倍的行星了。

現(xiàn)在用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)一顆恒星周圍有沒有系外行星,采用的主要方法叫凌星法,也叫掩星法。就是當(dāng)一顆行星夾在我們看這顆恒星視線的中間時(shí),這顆恒星就會(huì)出現(xiàn)遮光現(xiàn)象,就是光度會(huì)發(fā)生一點(diǎn)點(diǎn)變化,并且會(huì)周期性呈現(xiàn)。

通過這點(diǎn)光變現(xiàn)象,再通過一些其他的輔助方法,科學(xué)家們就能夠大致確定這是不是一顆行星,并計(jì)算出這顆行星質(zhì)量有多大,距離恒星有多遠(yuǎn),公轉(zhuǎn)周期有多長(zhǎng)。然后再通過視向速度法、微引力透鏡法等一些其他方法,主要是通過多普勒效應(yīng)和引力定律,通過行星與恒星之間的運(yùn)動(dòng)變化來確定行星的數(shù)據(jù),這里就不多作解釋了。

在5000多顆行星中,也有極少數(shù)是通過直接成像法觀測(cè)到的,但這些所謂“成像”也就是個(gè)把像素大小的模糊光點(diǎn),一般還是通過非可見光如紅外光譜來捕捉獲取。這些被直接觀測(cè)到的行星現(xiàn)在已經(jīng)超過了100顆,都是一些巨大的氣態(tài)行星,大部分是比木星質(zhì)量要大數(shù)十倍。

這樣,這些已發(fā)現(xiàn)的行星到底是個(gè)什么樣子,上面有沒有生命跡象,就更是靠猜了。

那么韋伯又是如何來確定系外行星上有沒有生命呢?

韋伯望遠(yuǎn)鏡是迄今觀測(cè)能力最強(qiáng)的望遠(yuǎn)鏡,可以看清楚40公里外的一枚硬幣。但宇宙太浩渺了,即便距離我們最近的恒星,4.3光年距離的比鄰星,如果縮小為硬幣,其距離也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止40公里,動(dòng)輒都相當(dāng)上千公里上萬公里以上的硬幣了。

因此要看清一顆行星依然還只是奢望。不過韋伯有自己的一些本領(lǐng),剛剛睜開眼睛一瞥,就捕捉到了一顆距離我們1000多光年行星的大氣光譜。其實(shí)在此之前,韋伯的老前輩哈勃就已經(jīng)分析過許多系外行星大氣,并在2013年獲得了一顆行星有水存在的明確信號(hào)。

但哈勃觀測(cè)到的信號(hào)還是很模糊和信息量極少的,韋伯就是在哈勃觀測(cè)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步坐實(shí)這些證據(jù)。

WASP-96b是距離我們1150光年早已被發(fā)現(xiàn)的一顆氣態(tài)巨型星,其質(zhì)量約為木星的一半,直徑比木星還大,為木星的1.2倍,坐落在南天星座的鳳凰座內(nèi)。這顆行星距離它自己的太陽(恒星)很近,只有約643萬公里,只是水星距離太陽約九分之一,公轉(zhuǎn)周期只有約3個(gè)半地球日。

韋伯對(duì)準(zhǔn)WASP-96b觀測(cè)了6.4個(gè)小時(shí),用近紅外呈現(xiàn)無縫隙光譜儀(NRISS)測(cè)量了這顆行星0.6~2.8微米波段光線的光度變化和透射光譜,揭示了以前隱藏在大氣層里的某些細(xì)節(jié),即顯著的有水特征、霧霾的跡象以及云的證據(jù),這些在以前的觀測(cè)中并不肯定甚至認(rèn)為不存在。

其實(shí),韋伯也并沒有看清那顆星球是什么樣子,但通過紅外波段觀測(cè),得到了大氣中的光譜數(shù)據(jù),研究人員就可以通過分析這些光譜,得知這顆星球的大氣由哪些成分組成,各自的豐度(含量比例)如何。

有生命的星球和沒有生命的星球大氣組分是有不同特征的,某些元素只有生命在新陳代謝時(shí)才有可能產(chǎn)生,而這些與生命有關(guān)的成分會(huì)在大氣中表現(xiàn)出來,這就是被生命改造過的大氣,會(huì)呈現(xiàn)出生命的特征,如大氣中的氧氣和甲烷等等。

地球上的植物和藻類,由于光合作用的葉綠素和其他色素會(huì)捕捉某種特定波長(zhǎng)的光,從而改變大氣的顏色,韋伯通過敏感的紅外相機(jī)能夠敏感地捕捉到這些不同顏色的光譜,如果某個(gè)星球發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著葉綠素存在的光譜,就預(yù)示著具有生命存在的典型證據(jù)。

當(dāng)然,像WASP-96b這樣的行星是不太可能存在生命的,韋伯這次只是練練手,給了科學(xué)家們一個(gè)好兆頭。在現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的5000多顆系外行星中,更有可能存在生命的類地行星約占4%,也就是有200多顆,其中所謂宜居行星,也就是距離恒星不遠(yuǎn)不近有可能存在液態(tài)水的行星有數(shù)十顆。這些才是韋伯未來觀測(cè)的重點(diǎn)。

如距離我們僅有39光年的TRAPPIST-1e,是一顆和地球差不多的行星,在未來的幾個(gè)月,韋伯將把鏡頭對(duì)準(zhǔn)它。TRAPPIST-1是一顆光譜類型為M的紅矮星,其行星系統(tǒng)是一個(gè)很有意義的特殊系統(tǒng),竟然至少有7顆類地行星,其中有3顆在所謂宜居帶!

因此觀測(cè)這個(gè)行星系統(tǒng),將很可能發(fā)現(xiàn)生命的存在!由此,科學(xué)家們充滿了希望。如果真的發(fā)現(xiàn)了地外生命,將是人類對(duì)宇宙和生命認(rèn)識(shí)的一個(gè)巨大的突破,科學(xué)研究將進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代,這對(duì)于不斷追求新發(fā)現(xiàn)的科學(xué)家們來說,是一個(gè)多么大的誘惑啊。

所以,韋伯望遠(yuǎn)鏡在遙遠(yuǎn)的深空睜開眼睛看宇宙,具有劃時(shí)代的意義,整個(gè)科學(xué)界都在關(guān)注著它每天的新發(fā)現(xiàn)。對(duì)此各位怎么看?歡迎討論,感謝閱讀。



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