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在太陽系中，有幾個星球擁有可能孕育生命的環境條件，如木星的衛星木衛二以及土星最大的衛星土衛六。現在，科學家們認為在太陽系之外，在其他行星系統中也有可能存在類似的情況

北京時間9月15日消息，據英國《每日郵報》報道，今天距離人類發現第一顆圍繞另外一顆類太陽恆星運行的系外行星已經過去了將近20年的時間。自那以後，這一方面的研究已經取得了巨大的進展，我們已經找到了超過1000顆系外行星。

然而在我們在茫茫宇宙中尋找生命的道路上，一些專家開始提出不同的觀點，他們指出，最有可能找到生命的地方，可能並非是那些大行星，而是那些位於宜居帶中，圍繞這些行星運行的衛星。

搜尋系外衛星

對於那些一心想著要找到宇宙中生命的人來說，儘管我們已經找到了那麼多的系外行星，但他們內心的感覺是複雜的：這些找到的系外行星中的大多數都被證明是體型巨大的氣態行星，不適宜生命生存，並且它們的運行軌道通常都非常接近恆星，這導致其大氣溫度極高，環境條件惡劣異常。

然而幸運的是，拜不懈的努力以及技術進步所賜，科學家們開始找到更多與地球相似，由岩石構成的行星，其中有些甚至位於宜居帶範圍內，因此可以認為液態水是可以在這些行星的地表存在的。

但天文學家們的目光同樣開始投向另外一個可能的生命天堂——那些存在於系外行星周圍，圍繞它們運行的天然衛星，也就是所謂的“系外衛星”。

考慮到搜尋系外行星所遭遇的巨大技術困難，要想找到那些比行星還要小得多的系外衛星聽上去幾乎是不可能做到的，但正是這樣的困難，吸引了美國哈佛大學史密松天體物理中心的大衛·基平(David Kipping)博士的興趣。

他說：“我們的興趣更多的源自一種激動人心的前景。我想挑戰一下構建相關模型，這幾乎就跟人們挑戰珠峰的動機是一樣的。”他表示：“一直到2009年，我們還只不過剛剛開始利用凌星法探測到一些系外行星——就在那一年，美國宇航局的開普勒空間望遠鏡發射升空，專門用於探測圍繞其他恆星運行的，大小與地球接近的系外行星。於是我們不禁想知道，既然我們能探測到較小的岩石行星，那麼我們也應該可以找到那些岩石衛星。”

開普勒空間望遠鏡

開普勒空間望遠鏡，2009年發射升空，它是首台專門設計利用凌星法探測系外行星的空間設備。它會不間斷監視某一天區，觀察那極其細微的恆星亮度變化，這是當行星從恆星面前經過時遮擋恆星光芒而導致的

開普勒空間望遠鏡是第一台專門設計，運用凌星原理進行系外行星搜尋的設備。其鏡頭會持續對準一片預定的天區進行觀察，偵測所觀測區域恆星亮度出現的輕微變化，如果恆星的周圍有行星運行，那麼當它運行到恆星前方時便會遮擋觀測視線，導致恆星亮度出現短暫的輕微下降。

而在此之前，科學家們用於搜尋系外行星的方法更多的是引力攝動法，即用非常高的精度觀察恆星的位置，如果它的近旁存在行星體，那麼行星體的質量會導致恆星出現輕微的來回晃動，從而暴露行星體的存在。然而這種方法有一大缺陷，那就是採用這種方法一般只能發現那些質量較大的氣態巨行星。對於由岩石構成，類似地球，質量較小的系外行星就難以發現。而凌星法則通過觀察恆星亮度的變化來搜尋行星，採用了完全不同的手段，敏感度也相對高了一些。當然這些手段都有著相同的本質，那就是採用足夠靈敏的設備，在對的時間對準對的目標進行觀測。

然而要想運用這一技術搜尋系外衛星仍將不是一個輕鬆的任務，然而作為“開普勒系外衛星搜尋項目”(HEK)的負責人，基平仍然決定接受這一挑戰。他說：“這是一個十分棘手的問題，但現在我們已經讓它從猜想或多或少的變成了科學。我們已經發展出一些技術，可以用來開展這樣的搜尋，因此現在我們正致力於下一步的挑戰，那就是真正去找到這些衛星，看看它們是否與我們太陽系內的天然衛星相類似，或者完全不同。”

根據我們現有的行星形成理論，之少有一類的系外衛星應當是普遍存在的：在我們太陽系內的全部氣態巨行星周圍都存在著遍布大量氣體，冰塊與碎屑物的區域，它們很快便會凝聚形成一個天然衛星體系。

在某些情況下，比如木星的4顆伽利略衛星，以及土星最大的衛星土衛六，這些衛星的大小實際上已經與大的岩石行星相當。它們的表面存在著複雜的地形特徵：火山，冰封的海洋以及複雜的大氣層。這些都讓它們成為在太陽系內搜尋生命的候選目標。理論上說，在那些同樣是氣態巨行星的系外行星周圍也應當會形成類似的天然衛星，這樣的衛星將有可能成為孕育生命的潛在場所。 上一頁 1 2 3 下一頁 來源： 新浪科技

數量幾何？

哈佛-史密松天體物理中心的大衛·基平博士表示，我們尋找宇宙中生命的最佳機會可能並非在系外行星上，而是在那些位於宜居帶內的系外衛星上面

基平表示：“實際上，由於科幻電影和小說的影響，人們對系外衛星的概念其實並不陌生，儘管他們此前甚至從未真正聽過這個名字。我們進行這樣的搜尋工作，一個有趣的原因是我們知道氣態巨行星是普遍存在的，甚至運行於宜居帶內的巨行星也是非常常見的。”

他強調指出：“目前天文學領域的一大問題是評估位於宜居帶內，並且與地球相似的系外行星存在的可能性。開普勒望遠鏡的發射讓我們得以對‘系外行星’這一術語進行定量上的估算：一項最新的分析認為，在類太陽恆星中大約有2%的成員，在其周遭宜居帶內擁有之少一顆岩石行星。”

他表示：“在目前這一階段，你可以認為這一比例很高，也可以認為這一比例很低，因為在銀河系內有著太多的類太陽恆星。而這一研究同時也指出擁有氣態巨行星的類太陽恆星則要佔到全部成員的8%。因此，即便即便這些氣態巨行星中只有1/4的成員擁有質量相當可觀，因而得以保有大氣層的岩石衛星，這樣一來，位於宜居帶的岩石衛星數量就要接近乃至超過具備同樣條件的系外岩石行星的數量了。甚至有可能存在這樣的可能性，那就是我們實際上才是奇怪的傢伙，竟然居住在一顆行星上而不是一顆衛星上。如果我們想要弄清銀河系中的生命景象，那麼我們就必然要將衛星的情況考慮在內。”

關於月球

如果太靠近恆星，這樣的系外衛星表面溫度可以達到水的沸點之上，從而使其難以成為生命的宜居之地

然而，當考慮到我們自己的天然衛星時，我們便無法再保持這樣的自信了，之少到目前為止是這樣。地球的衛星月球是在地球早期遭受的一次災難性撞擊事件中形成的，但基平博士表示：“我們現在還無法肯定，導致月球誕生的那場撞擊事件究竟是一次偶然事件，還是屬於常態性事件，由於在太陽系中我們只有這麼一個孤立的案例，因此我們無法確切的知道這個問題的答案。”

基平博士還指出了另外一項尋找與我們的天然衛星——月球相似的天然衛星的重要理由，他將其稱作“外部宜居條件”。他說：“月球的存在可能幫助促成了地球上早期生命的出現，這是因為月球的引力幫助穩定了地球的自轉軸傾角，維持了氣候的穩定，並驅動了地球海洋中的潮汐運動。潮汐運動導致海水的大範圍流動，促進了海洋物質的交匯融合，並在沿海地區產生許多小水塘。這些都是地球上最早期生命起源的溫床。”

他說：“如果我們能找到第二顆地球，我們想問的第一個問題便是：‘它有月亮那樣的衛星嗎?’因為月亮的存在對於我們的星球意義重大。”

 

搜尋系外衛星的方法

月球的存在可能幫助促成了地球上早期生命的出現，這是因為月球的引力幫助穩定了地球的自轉軸傾角，維持了氣候的穩定，並驅動了地球海洋中的潮汐運動。海邊的小池塘正是生命最早開始的地方

上文中提到的HEK項目從開普勒望遠鏡項目的資料庫中檢索，從中搜尋與3種不同效應有關的線索，它們中的每一個都可以提供有關係外衛星的獨特信息。

在所有這些方法中，觀察由於衛星存在的原因而導致同樣是周期性出現，但程度小得多的掩星現象是其中最明顯而直接的一種方案，儘管這樣做仍然已經逼近了開普勒望遠鏡儀器靈敏度的極限。

基平博士表示：“非常簡單的說，如果有一顆系外行星圍繞一顆恆星運行，並且碰巧這顆行星會在你的視線方向上遮擋恆星的光芒，那麼你就會看到恆星亮度發生周期性的變化。而如果這顆行星本身擁有一顆衛星，那麼由於它會繞著行星公轉，因而會間或在行星的前方或後方出現，此時它就會遮擋後方恆星的光線，從而導致程度小得多，但同樣是周期性的恆星亮度變化。”

他說：“如果你跟蹤觀測多個軌道周期，你會注意到由於衛星掩星效應造成的恆星輕微亮度下降，這不同於由行星造成的掩星效應。並且這一亮度下降效應出現的時機並非是隨機的，它遵循開普勒行星運動定律。因此，我們將這一效應進行計算機模擬，觀察這樣一個擁有行星與衛星的系外恆星系統是如何運行的，並考察開普勒數據中顯示的某些亮度下降是否可以用系外衛星的存在來進行解釋，也或者這是由系外行星，或是恆星本身的活動造成的?”

而其他的效應相比之下就要微妙得多——我們可以考察系外行星發生掩星的時刻上出現的變化，觀察兩次掩星之間的時間間隔，這樣的變化可能與行星周圍的衛星對其施加的引力影響有關。對此，基平博士打了一個更加便於我們理解的比方，他說：“假設有外星人從遠處觀察我們的地球，你大概會認為他們會觀察到地球每隔365.256天(地球圍繞太陽的公轉周期)遮掩太陽一次，但實際上，地球的這一遮掩周期會出現±5分鐘的偏差。之所以會出現這種情況，是因為實際上圍繞太陽運行的並非孤立的地球，而是由地球和月球組成的地月系統。”

基平博士表示：“月球也並非圍繞地球運行，實際情況是：地球和月球共同圍繞兩者共同的質心運行，儘管由於月球的質量太小，實際上地月系的質心位於地球內部大約1700公里的深處。然而由於月球的引力擾動，已經足以導致地球出現數分鐘量級的晃動。除此之外，有時候地球從太陽面前通過時，它的速度也會有快有慢，這也是因為月球的引力影響造成的結果。”

將所有這些信息結合起來，理論上我們便能得到一些非常重要的結果：“開普勒望遠鏡在理論上可以識別出這些變化信息，於是我們便可以透過觀察衛星對行星引力擾動的大小來反推出衛星的質量大小，並通過觀察衛星導致的恆星亮度減低來判斷其直徑大小。而如果你知道了一個星球的大小和質量，你就可以很容易計算出它的密度，基本上密度信息就能讓你大致判斷出它的整體物質成分。如果這顆衛星主要是由水冰組成，那麼它的密度就應當在每立方厘米1~2克，而如果是一顆岩石衛星，那麼它的密度可能就要比這一數值大一倍左右。”

在實際操作中，當然要想從開普勒望遠鏡從2009年發射直到2013年損壞期間採集的海量數據中進行篩選仍然將是一項極其細緻艱難的工作。開普勒項目所依據的準則是之少要觀測到一顆恆星發生的3次凌星現象才能推斷一顆系外行星的存在，根據這一標準已經探測到超過4000顆疑似系外行星目標。

然而不幸的是，在所有這些行星中，絕大多數的成員都可以被直接判斷出來並不擁有衛星。

凌星法由於其自身的局限性，一般適用於那些距離恆星距離比較近的系外行星觀測，在這樣的距離上，由於恆星的強大引力，行星很難擁有自己的衛星。實際上，在開普勒望遠鏡所有觀測到的系外行星候選目標中，僅有大約10%成員的軌道距離足夠遠，因而有可能擁有自己的衛星。 上一頁 1 2 3 下一頁 來源： 新浪科技

目前的進展

月球是地球唯一的天然衛星，它會對地球的運行產生輕微的影響。如果有外星人從遠處觀察地球，它就能通過這種輕微的變化推斷出月球的存在。當我們觀測其他系外行星時，也應當注意這種效應

基平博士表示：“乍看起來，開普勒望遠鏡探測到的系外行星數量似乎很多，但實際上在這其中那些公轉周期較長的行星數量卻非常有限，因而也顯得很珍貴。我們相信對於這些行星成員，每一顆都值得進行細緻的觀測，從而判斷它們究竟是否存在衛星。因為不管它們是否擁有衛星，這個問題的答案對於現代天文學都將是極其重要的。”

那麼，這一過程進行的如何了?基平博士表示：“到目前為止我們已經對其中的大約20顆成員進行了觀測，按照目前的速度，我們每年大約可以完成對40顆系外行星的觀測工作。因此到今年年底之前，我們將能夠發表大約40顆系外行星的觀測結果。我不想放棄這項工作，我們的目標是至少要對其中條件最佳的100~200顆候選行星進行梳理，而一旦我們對這麼多的目標進行了觀測，我們便可以從統計學的角度判斷大型衛星在宇宙中究竟是司空見慣還是較為罕見的現象了。”

然而，事情的進展也並非一帆風順，由於HEK項目組採用的方法只能針對那些質量足夠大，因而可以對它們圍繞運行的系外行星產生足夠大引力影響的衛星才有效果。基平博士表示：“從靈敏度方面看，這些數據已經足夠我們用於探測與月球相似的衛星，乃至比這還小一半左右的天然衛星目標。因此在經過對大約200顆或更多的系外行星進行觀測之後，我們或許會對一件事有一個更好的認識，那就是導致月球形成那樣的大型撞擊事件究竟是否是時常發生的?”

具有諷刺意味的是，那些最常見的衛星類型，也就是那些圍繞氣態巨行星運行的衛星，同時也是最難以進行確實的探測工作的。儘管它們本身的規模可能比較大，但相比它們圍繞運行的巨大行星，它們就會被完全淹沒，它們的質量根本就難以對質量巨大的氣態巨行星構成明顯的擾動影響。基平博士表示：“當然它們的體型質量都是挺大的，因此或許我們可以看到它們造成的恆星輕微亮度下降，但它對系外行星造成的引力影響則將會非常微弱。”

基平博士對於未來找到與地球相似的系外行星以及它們的衛星仍然充滿信心，他表示：“我對此仍然保持樂觀，我們或許可以在未來一到兩年內便可以找到這樣的目標。我難以相信大自然沒有製造出大量的衛星，大自然有著遠比我們更加遠大的想象力，這是已經被過去的事實一次又一次證明了的。”

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