生命在宇宙中的出现,是偶然抑或必然?这是一个长期争论着的问题,近来,把生命视为大自然的必然产物的看法,似乎在科学界占了上风。虽然我们现在仅有的生物样品,只来自我们自己的家园—地球,但日益增多的科学家相信,只要具有类似地球的地质,那么在宇宙的其他地方,也必有生命的存在。故欲在太阳系外寻找生命的踪迹,最佳的办法,是先寻找类地行星。人们要问,我们的银河系内是否散布着不少的类地行星?

这个问题在不久前还很难回答,而今人们有望在近年内得出答案。科学家已经作好准备,在天文探测中开拓一个新的研究领域—可居住带,这是指一颗恒星周围的合适地段,在那里,很有可能有一颗像地球那样的行星。

我们有理由相信,行星是很普遍的。据恒星形成理论,星际间存在着大量的气体和尘粒云,它们在自身的引力拉牵下,塌缩成一个物质盘,而盘中心的极大部分物质,最终形成恒星,而行星则在离盘中心更远的地方生成,这个理论与天文观测吻合得很好。

在过去的几年中,天文学家在太阳系外的10多个恒星系中,探测到木星般大小的巨行星,这些巨行星多半不会具有适合生命(像我们那样)的环境。它们很可能也像木星那样,具有厚厚的有毒大气层(如氨、甲烷等),以及一个极热的液态氢的深海。

即使如此,它们的存在也会令人鼓舞。一位科学家说,“若你看到,我们近旁百分之几的恒星围着行星,且是在我们的观测能力极为有限的条件下测得的。这告诉我们,它们的形成的确是一个普遍的过程。”进而言之,类地行星的形成,不可能是稀有的例外;像我们太阳系内层行星那样的水的、岩石世界,也同样是普通的行星世界。

当然光是水和岩石,还不足以构成对生命来说是一个理想的行星。金星和火星也跟地球差不多大小,但金星太热,其大气较厚且有腐蚀性;而火星又太冷,大气稀薄得难以呼吸。只有地球处在合适的中间地带,满足了创生条件:不太热、不太冷,正好的气温。

一颗行星大约需要地球质量的10倍到1/10,才能保住大气。大多数天文学家相信,这样的行星它也应处在可居住带,在这个区域里,行星表面能保存液态水。至于这个可居住带的位置和大小,这要视恒星的密度而定。拿我们的太阳来说,这地带在金星轨道外至火星轨道内。

我们已探测到的几个巨行星都处在其恒星的可居住带内或近旁。科学家威立姆等指出,即使这些巨行星不适于生物,而它们的卫星可能支持生命,只要这些卫星足够大,能保持一个厚的大气层就行。遗憾地说,我们目前的观测技术,尚难看到它们。

一个明智的方法是寻找其恒星居住带内的类地行星。一方面,生命物质多半存活在这些地方,另一方面,由于它跟恒星靠得近,更易于看到此行星的引力效应。迄今所发现的行星都是通过简捷方法测出的。在这些行星围绕其恒星旋转时,可观测到恒星有微小的摇晃,那是这颗行星的引力所致。不过像地球质量大小的行星,只有这些巨行星的1/1000,因此它引起的恒星摇晃实在太小了,难以看到。

直接摄影同样也不现实,即使像木星这样的巨星,也刚刚使得望远镜能看到。若别的地方有一颗地球,即使它绕着离我们最近那颗恒星旋转,它的微弱的反射光,将完全被其恒星的亮上100亿倍的辉光所淹没。

而今有一个十分直接的办法可探测这样的行星。假定有一个离我们地球很远的外星天文学家,他将望远镜对准我们,他将看到一个光点,那是太阳,此外,他什么也无法看到。如果这位外星人碰巧处在地球轨道的平面上,每年总有一次,地球在太阳前面绕过,此时他将看到,阳光会微微变暗(约暗万分之一)。就此他可推断出,那里有一颗行星(地球)。事态发展得比科学家预期的更快,最近,美国科学家已用这种办法证实了一颗行星的存在。

现在天文学家正计划这样的观察,关注星系中的这类“日蚀”情况。美国宇航局阿姆斯研究中心的科学家提出了一个空基观察计划,称之为“开普勒”。有可能在2003年,他们将把一台口径1米的望远镜放入地球绕日轨道。当然没有理由相信,我们总是能处在任何行星(太阳系外)的轨道平面上,但这样的机会约有1/200。

开普勒将花4年的时间,连续观察10万颗恒星的亮度变化。阿姆斯的研究者博拉基说,“这一观察计划希望能找到500颗类地行星。”但这里有一个假设的前提,即极大部分的恒星都有行星系,实际情况又是怎样?最终还得靠开普勒那样的观察,作出解答。

测量恒星暗下来(在行星通过时)的度数,专家们即可估算出这颗行星的大小和质量;同时光谱仪测出其恒星的温度、亮度和质量。有了这些数据,天文学家就能测出这颗行星是否处在其恒星的居住带内。进而可寻找水,最终当然是探索生命的痕迹。

生命存在的可能,使得寻找类地行星变得如此激动人心,但确实地说,生命是否必须要有类地条件,这个问题还难肯定,到目前为止,在地球之外,还未发现过生命。这涉及到地外文明探寻(SETI)计划,不少的研究者已为之花了许多时日。参与SETI研究的天文学家肖斯克说,他们将以十分敏锐的眼光去看待将要来到(开普勒)的结果。“若得悉类地行星是普遍存在,对我们是一个很大的支持。”任何类地行星一旦被确证,都将列入SETI表,这将使得SETI工作易于着手。

除开普勒外,还有类似的安排也在计划之中。其中首先是凯克干涉系统。明年开始,在夏威夷的二台凯克望远镜将通过85米长的基线连接起来,而成为一个2元干涉系统,届时其分辨率将提高到相当于一台85米口径的望远镜,它的光学器件,将使得宿主恒星的光线因破坏性干涉而相互抵消,这样,人们就能看到其行星伴侣。具体地说,它能探测到80光年外的、像天王星那么大(地球的4倍)的行星。

美国宇航局将于2005年发射一个空间干涉系统(SIM),它将使用一组空间望远镜去完成类似的任务,其主要目标是近旁恒星的行星系统,以寻找比地球略大几倍的行星;更为完臻的手段,要数类地行星寻找者(TPF),这是由喷气推进实验室提出的方案,若一切准备工作进展顺利,该探测器将于2010年升空。它是一个由4台望远镜组成的阵列,其分辨率要比目前的哈勃空间望远镜高100倍,这将使得专家能拍摄单个类地行星的图像,探测50光年外的行星系,并能对这一区域内的恒星作出全面测量。最为重要的是其高分辨率光谱仪,能分析出类地行星大气的化学组成,甚至有可能“嗅”出臭氧和甲烷,它们是活性化学物质,若探测到它们的踪迹,将意味着那里可能有生命的存在。

另一方面,欧空局正在筹建一个类似的探测工程,称之为“达尔文”。这是一组6望远镜阵列,也使用干涉仪,拟拍摄行星系统并研究其光谱。

美国宇航局的科学家似乎对类地行星的存在充满信心。1999年夏天,在芝加哥召开的美国天文学家协会的年会上,该局局长戈尔丁预言说,在21世纪,“科学家将讨论外星世界的大陆结构和海洋、气候模式、天气、风暴和季节的特征。”许多科学家认为,即使地球是一个行星形成和地质历史中的幸运儿,找到类地行星的机会还是大的。他们的这种乐观看法,来自一些最基本的数字,例如,在银河系内约有2000亿颗恒星。他们相信,在未来几年中,开普勒等系统的成果将源源而来,以填补目前还空白的类地行星项目;但也有另一种可能,开普勒也许什么也未发现,博拉基说,“这也许告诉我们,在银河系内,像我们这样的行星系是很稀有的。”若确实如此,那么我们这颗行星一下变得十分特殊和脆弱,它已成为银河系中唯一的绿洲,生命也将是一种偶然而非必然!