开普勒452b_和地球最像的地外行星

開普勒－452b和地球最像的地外行星我們在宇宙中的地位所有的文化都有自大的心態，即我們在宇宙中擁有至高的地位。在西方，在科學發展時，這種心態造成了對地動學（即地球繞日學說）的阻力。到現在，這種心態仍然存在某方面。例如，有不少人仍然相信有外星人來訪問過地球。認為我們的地位高超，外星人要不是來“朝貢”，就是要來奪取我們的資源。想來這些想像中的外星人都來自一個遠方的，地外“太陽系”的行星。十餘年前，ＮＡＳＡ執行一個國際計劃，要去探測其他行星的存在性。這問題早有人研究過。可是這次真正地做了決定性的探索。我在這次演講中要討論到地外行星的探索，及，星際旅行的問題。在討論之前，我要先陳述一些基本的思路。平庸原則Mediocrityprinciple•要做任何事，一定要有基本假設。真正下功夫去尋找地外行星是一個簇新的嘗試。如何去找，要先有一個原則及方法→去找甚麼，怎麼去找。這原則就是「平庸原則。」•這是一個哲學的觀念；如果從許多套東西中抽樣出來，最可能拿到的是最普通而最多的樣品。這哲學的主要的思路是，一開始時，不要假設自己有多重要，有多偉大，多特別，多優越。要假設我們只是平庸的一堆中之一。•這種的原則是哥白尼原則的主要的思考脈路。這原則甚至於應用到人性的發展，等等。這種原則把人類在宇宙中的優越地位一掃而空。因此，可以想像到，中古時代的教會多麼厭惡這種的平庸原則。也不是只有歐洲才有，清朝接受了開普勒的天文學，可是不接受太陽是太陽系中心的思想。去計算中國曆法的中國天文學家只好說，太陽繞地球的軌道是一個橢圓。數學上可以這麼做，可是…•這種「平庸原則」的哲學在天文，甚至於地外行星，外星文化及生物學上的應用，如下：太陽系的演化和其它行星系的演化沒有甚麼不同，地球的演化和其它類似的行星的演化也沒有甚麼不同。這原則還應用到生物的複雜性的演化（從單細胞到現在多彩多姿的生物圈的各種生物），人類的進化，甚至於國家政治人文的演進。•對地外文化的臆測，或思考，要沿這思路去想。因此，天文學家認為行星系統一定是很普遍的。在銀河系中，就可能有400億地球大小的行星，繞著不太突顯的母星軌道上。這些不太突顯的母星都和太陽差不多。開普勒望遠鏡只是搜索這些行星的開端。最近的一枚可能有行星的母星大約在12光年的距離。宇宙只有我們嗎?•自從發現地球是繞太陽的一個行星體之後，地外行星一直是人類想像中的一個話題。十九世紀以來，火星一直是一個幻想小說中的題材。太陽只是萬億的星中的一個，其它的星是不是也有行星？這些行星中是不是也會有高智慧和我們一樣的生物？這都是作家的題材，而最賣座的好萊塢的電影，如Avatar及最近重新拍的星球大戰StarWars莫不和外星人有關。那種的星球會有類似我們的地球的行星？是否能有生物？這就是今天的話題。以地球為範例先看一下地球，因為這是唯一我們所知的有生物的行星。看一下我們的環境，以地球為範例，推理一下，看那些星最可能有行星，及，如果有行星，有生物的條件是甚麼。太陽系形成時，太陽系是一個很暴亂的系統，小的行星體互相碰撞，大吃小。因此所有發現的行星上都有許多被撞過的坑口。數億年後，小的行星體大都被大的吃下去了，可是在大的行星體上留下不少的坑口。從月球到水星，上面都有這些坑口的遺跡。從地球的歷史推論生命的可能（1）地球的年齡約為45.5億年。太陽的理論壽命是100億年。（2）地球形成後，約7億年後，冷卻到液態水能存在的溫度。開始有單細胞生物。古生物學家把0→7億年這段地質時代稱為Hadean，冥古代。字源是古希臘文的黃泉地獄Hade，因為地球上只有熔巖，到處都是隕石坑。絕不可能有生物。畫家形象中的冥古代冥古代→太古代，開始有海洋地球冷卻後，進入太古代Archean，開始有海洋，可是很淺，不像我們現在的海洋。很快就有單細胞生命。最早的化石及岩石出現於地齡7億年。太古代在地齡20億年時結束。大氣中沒有氧。最原始的單細胞生物出現，以我們認為的毒素如二氧化硫，氨，甲烷等為食物，原始生物產生出的廢料，排泄物等廢料主要成份是氧。（如我們呼吸產生出的廢料是二氧化碳一樣。）要等到地齡為20億年時，空氣中才開始有大量的氧。這時太古代結束。畫家形象中的太古代太古代→元古宙（地齡：20→38.5億年）•元古宙Proterozoic（早期生命）。這時有氧生命aerobiclife出現。由於碳有機化學多彩多姿，生命大為繁殖。可是都是單細胞生命。大約在這段時期內單細胞生物開始演變成雙細胞生物。古生物家認為從單細胞演變成雙細胞的時間標度為10億年。一旦有了雙細胞生物，不久就演變出多細胞生物。•元宇宙的生命大都需要氧。可是和厭氧生物共存，一個排泄出的廢料變成另一個的營養料。互相共存。元古宙→顯生宙（地齡38.5億年→今）•顯生宙phanerozoic是現在的地質紀。古生物學家把這段時期加以分期為不少的子期，種類很多，不贅述。最早的子期是寒武紀Cambrianera。Cambria是英國Wales區的一個地方，是發現到最早古多細胞生物化石的地方。寒武紀一開始後，大量多細胞生物出現，單、雙細胞微生物讓位給多細胞生物。在寒武紀中，生物大量出現。古生物家稱這個大量出現的現象為寒武紀爆炸Cambriaexplosion。最早的寒武紀的生物•Acrothele，Olenellusfremontii，hyolith•乳房貝屬突刺三叶虫属軟舌螺寒武紀→…今•隨後就是三葉蟲時代…恐龍時代…。古生物學家把這段時期加以分成不少的子期，不贅述。在地齡為45.44±0.01億年（約5-7百萬年前），最早的原人humanoid開始出現。一萬年前人類開始出現古文化。地齡是45.45億年。•為甚麼要說這麼多的地球歷史呢？主要的目的是，自地球形成後約45.45億年後才會有像我們一樣的智慧生物。因此，如果星球的壽命太短，行星上就不會有多細胞的高級生物。一般的意見是，只有像太陽這麼不太大的星球才會有能讓生物發展的行星。太陽的理論壽命是100億年。星球種類•星球種類很多，可是經過二十世紀內的研究，天文學家一看，就知道這星球的大約年齡及其壽命。發現，質量愈大的星球，愈亮，可是壽命愈短。只有質量在太陽的上下百分之十內的星球的壽命可以長到能讓生物有時間從單細胞生物演化到哺乳類的生物。這些星的壽命在一百億年上下。一個質量為太陽10倍的星，壽命約在10億年上下。如果這個星有能適合生命條件的行星，恐怕在雙細胞生物出現之前，這星早已死亡了。（通常以爆炸的方式死亡，那麼所有的行星都玉石俱焚了。可是在爆炸中產生不少重元素，這些重元素能和星際雲混合，產生下一代的星球如太陽等。）行星有生物的兩個重要條件•第一，行星上面要有水。地球表面四分之三的面積都是水，可是地球所含的水的份量極少，僅佔地球總重量的0.02%。幸運的是，這些水都在表面上。•第二，這行星不能離母星太近或太遠；太近則液態水不能存在，太遠則水結成寒冰，而生物要在液態水中繁殖。只有在某距離，生物才能存在，這距離稱為生物區lifezone。地球上有多少水？•地球表面3/4都是水，可是地球總共有多少水？•只有地球總重的0.02%!幸而都在表面上。俗語說的，在刀口上。•看一下，地球上的水的分佈。大的藍球是所有的水，小藍球是淡水，大都在南北兩極。最小的一點是所有的湖水，河水及地下水。生物圈生物圈是離母星某距離的一個行星軌道區。在這圈裡，行星的表面溫度能有液態水。太陽的可居住區（生物圈）•太空署提供如何去找似地行星？•天文學家用的是一個看來幾乎不可能的方法去尋找出地外行星。•用的是水星及金星凌日的原理。就是極小的行星蝕日。•如果一個遠方的星的行星的軌道正好在我們和這星的視線上，而這行星在經過這星時，會把這星光遮掩一些。如果能測出這種小量的遮掩，就能知道它的週期，因此也可以計算出它的軌道。可是這遮掩的數量很小。以地球為例：從遠方來觀測，地球經過把太陽光遮掩的軌道部份時，所遮掩的光度約為萬分之一。可是要把這萬分之一遮掩的光度量到2、3位小數上下，才能去定出這行星的軌道。因此要把星光量到上百萬到上千萬份之一的準確度，才能去尋找地外行星。•現在看一個行星蝕日的影片，就知道是甚麼原理。這就是根據發現452b的數據所製出的示意圖。開普勒人衛望遠鏡KeplerTelescope•特徵：開普勒不是繞地的人衛，而是繞日的。繞地的人衛的位置經常在變，要許多的配件來把它對準目標。如果繞日，就可以穩定許多。可是在通訊方面，需要極高的本領。用的是一個在加州的Goldstone毫米波望遠鏡，鏡面70米（210呎）。有許多可以做小量移動的圖像傳感器imagesensor，因此可以同時觀測不同的星。只觀測質量和太陽差不多大小的星。開普勒望遠鏡Goldstone毫米望遠鏡開普勒望遠鏡圖像傳感器方陣觀測到的小行星•星圖有多少星有行星？•許多。觀測了2036星，發現2740行星其中之一是452b。開普勒452b•當然，不可能就從一個觀測在下定論。天文學家化了許多的精力才下定論。開普勒452b•畫家畫出的形象畫家畫出表面上形象：有火山，有河，有山脈452b和地球的比較另一個較早發現的：186f母星呈紅色，大約不利於光合作用。行星表面溫度在-40c，在生物圈邊緣。可是母星經常放出耀斑，即強烈太陽風暴。有沒有智慧生物－外星人？我們目前對這些地外行星所知的僅限於此。不少天文學家用了最先進的儀器，正在探討這些行星，不久會知道更多。當然，這樣的發現非常令人興奮，尤其是在科幻電影充斥的今天，有不少相信有外星人的信徒。有的是以謠傳謠，如新墨西哥的Roswell。可是有一個非常嚴謹的科學學院SetiInstitute（SearchforExtra-TerrestrialIntelligence的字頭語）熱衷地在做這件事。發起的緣由是，在1959年兩位康乃爾Cornell大學教授，Coconi和Morrison（我的論文指導教授）發表一篇論文，申稱可以用電波去發現外星人。NASA曾經熱衷支持一陣，後來不支持了，可是有多私人機構繼續支持下去至今。這是非常嚴肅的科學組織，研究地外生物理論等。有許多電波或射電望遠鏡去找外星人，收集的資料由全球愛好者用私人電腦來分析數據。Seti學院Coconi,Morrison,Drake:Seti學院的天線陣有沒有外星人？•我相信，一定有許多智慧的外星人，可是要仔細想一下。自地球創世至今，已經45.5億年了。人類文化才真正地存在約一萬年，而有能力用電波通訊僅一百零幾年（馬可尼於1900年代證明電波可以從歐洲傳到美國，創世界電波通訊之端）。人衛時代才50年。因此我們有能力和外星人通訊的時間也只有50年。而由於種種人類文化的偏見，人口一斷增加，大氣中的二氧化碳不斷增加。有人估計過人類文化的壽命，最悲觀的是幾十年，稍樂觀的是幾百年。從化石的證據，人類種族的壽命大約最多8百萬年，而從原始人到現在，已經「用」了5、6百萬年。因此3百萬年是人類文化餘年的上限。拿3百萬年和45.5億年相比，外星智慧文化能交疊的機遇最多也不過1/1500。少則為1/1,500,000。因此要發現外星文化的機遇幾乎為零。當然，不去找，就是零。去找，運氣好，也許可以找到。這和中powerball的獎的情形差不多。不買，一定不中。買了，可能中，可是概率很小。能不能做星際旅行？•我要來分析一下太空旅行的可能。最近我寫了一本科幻小說《捕獲小行星－22世紀智力競爭》，是關於在二十二世紀時中、美在太空中競賽的故事。•（•BuHuoXiaoXingXing:TheCaptureofAsteroidX19380A:)在這本書中我分析了一下是否有外星人來訪及星際旅行的可行性。略述如下。能力•（1）太空旅行的速度的實際極限。在「星際迷航」StarTrek影集中，最高速度是Warp9。瞬間可以從一個星系到另一個在數百萬光年之外的星系去。這樣的速度是光速的億萬倍。對星際旅行熱衷的人說可以用「蟲洞」達到。可是這些都只是幻想而已；如果能以超光速行動，就可以做回到過去的時間旅行。如果真可以回到過去，就可以改變歷史。這是不可能的。比較實際的是做高速的旅行