太阳系外行星的发现和想象

( 4月24 日，瑞士科学家宣布发现天秤座行星 Gliese581c )

初识系外行星

5月9日的《自然》杂志上，美国佛罗里达大学的约瑟夫·哈灵顿公布了用“施皮策”测到的最灼热行星——HD 149026b，它高达2050℃的温度已与一颗小恒星相当。这颗太阳系外行星距地球257光年，距离它的恒星比太阳和水星还近，恒星几乎所有的光都被它收入囊中，它所含的重元素比太阳系内所有行星和小行星加起来还多，这些都足以冲击现有理论。哈佛史密桑尼亚天体物理中心的希瑟·克尼特松也用“施皮策”首次测量出另一颗太阳系外行星HD 189733b的表面温度地图，发现它暗面温度也有649℃。5月7日，天文学家还发现了密度比木星大8倍、一年只有5.6天的太阳系外行星。

奇特仅供欣赏，真正令人兴奋的是4月底欧洲天文学家公布的天秤座行星Gliese581c。它的恒星只有太阳1/3大小，温度比太阳低50倍，因而它的平均温度约为0℃至40℃，质量是地球的5.5倍，大小只有地球的1.5倍。虽然它到底是不是岩石星球，是否存在液态水，大气层由什么气体组成都尚未揭晓，但接近地球的温度和大小，与恒星的距离适当，一直是地外行星适宜生命存在的几个核心条件，Gliese581c的初步条件无疑令人浮想联翩。

通过对太阳系形成过程的重新模拟，美国科罗拉多大学行星学家西恩·雷蒙德在2006年9月底的《科学》杂志上提出:银河系周围约1/3的类太阳系星系可能都有类地行星。在最适合拥有这类行星的120颗恒星中，科学家们估计将能发现6颗恒星拥有接近地球质量的行星，其中不乏夜空中就能看到的熟悉身影:天狼星、牛郎星、半人马座α星（距地球最近的恒星）。

自1995年以来，太阳系外已经发现了约220颗行星。它们微弱的光总是被恒星掩盖，就像萤火虫在200瓦的大灯泡周围飞舞。从地球上看过去，这些行星中只有17颗从其主恒星前后经过，从而可以测出温度。因此从1998年7月开始，至今只从中发现了7颗大小、结构类似地球的行星，而且其中有两颗的表面温度分别低达－184℃和－220℃，另一颗则高达205℃～400℃。

( 天文学家测到最灼热行星 HD 149026b )

Gliese581c是银河系中最古老的恒星之一，非常稳定，生命如果有幸产生，进化时间倒绰绰有余。虽然加利福尼亚外星智能生命搜索协会急忙将Gliese581c纳入了无线电搜索范围。不过现在得出Gliese581c适合生命存在的结论还太早。它可能不会自转，一面永远阳光普照，另一面长年不见天日，公转快到一年只有13天。什么样的生命能在这里生存很难想象，可以肯定的是，它们必须能承受更高的重力和太阳辐射。

天外有天

对太阳系外空间的好奇往往与地球生命的未来或外星生命相联系。如果不能抵达，再好的世外桃源也有如画饼。Gliese581c是距地球最近的100颗恒星之一，约20.5光年的距离仍相当于约190万亿公里。“我们不知道在一个人的生命长度中，怎样才能抵达那里。”NASA的退休天文学家马兰说。

太阳系内生命也并非与系外无关。天文学家从50年代就知道，整个太阳系正以超音速在银河系内运动，需要不断穿越恒星形成的区域抛出的星际尘埃和气体。过去300万年，太阳已经在银河系内走过一个称为“局部泡”的空间。没人清楚“局部泡”是怎样形成的，据猜测这片方圆约400光年的天地是一次超新星爆炸在星际介质中炸出来的。其中每一茶匙的空间只有不到一个原子，比周围空旷得多，但也不是一片虚无，四处漂浮着星际云。过去4.4万年到15万年间某个时候，太阳系进入了一个方圆约30光年、密度更大的口袋之中，今后1万～2万年仍将在这块称为“局部团”的云中穿行。

( “代达罗斯”飞船设想图 )

太阳系能在扑朔迷离中安然行走，靠的是称为“太阳风层”的巨大磁场削弱宇宙射线，“太阳风层”的“天之涯”就是星际空间之始，但不知为何，这个磁场的强度捉摸不定。对格陵兰岛和南极的冰核的研究发现:14万年前宇宙射线强度比现在高20%到40%。2006年，科罗拉多大学的阿列克赛·帕夫洛夫计算出:当太阳系穿过极密的星际云时，到达地球的宇宙射线剧增，能将“太阳风层”压缩到几乎只有地球绕日轨道的大小，全球臭氧层将顿失四成。即使一片密度只有“局部团”10倍的云也会压扁“太阳风层”。得州大学的天文学家约翰·斯卡洛说:“宇宙射线与气候有关，只是因果还不清楚。进化生物学也发现，到达地球的宇宙射线强度与基因突变率等生命演化有密切关系。”

遗憾的是，正是由于“太阳风层”的存在，星际空间的物质和磁场对它的影响无法直接测量。看来即使为了太阳系内的命运，也值得远走天外。

该上路了

迄今飞得最远的人造物体——1977年发射的“旅行者1号”探测器已经距太阳100个天文单位（一个天文单位相当于地球到太阳的距离），那里太阳已是强弩之末，“旅行者2号”现在距太阳80个天文单位。但是，到大约2020年，这两艘探测器就将奄奄一息，只及对星际空间边缘投下惊鸿一瞥。这些以太阳系内探测为主的使者不可能近距离经过附近的任何恒星，它们即使到达半人马座α星也要几万年。

这样的飞行依然神秘。第一艘类似的飞船，1972年发射的“先锋10号”也已飞出太阳系，但2003年与它诀别时，喷气推进实验室发现它竟已偏离预定航向40万公里，第二年发射的“先锋11号”也谬以千里。“伽利略”木星探测器和“尤里西斯”太阳探测器也都积习未改。

如果问题不是出在飞船本身或跟踪站，而且别的探测器依然故我，恐怕就要触及广义相对论等思想根源了。有趣的是，喷气推进实验室的约翰·安德森之所以在70年代发现“先锋”探测器的异常，也是为了寻找太阳系外层的未知行星。他们发现了一个比地球引力弱100亿倍的力，奇怪的是，这个力指向太阳系内层而不是外层，似乎是太阳的恶作剧。

如果还想在当代科学家有生之年格物致知，新的太阳系外探测器是上路的时候了。现在，美国约翰·霍普金斯大学的拉尔夫·麦克纳特正与喷气推进实验室一起计划一艘“创新星际探测器”（IIE），希望它利用木星强大的引力加速到最高13.5万公里/小时，比“旅行者号”快2倍以上，以期在25年内飞到200个天文单位之处。估计太阳作用的边界在116个天文单位之外，IIE可望最早在2040年一窥星际空间。

IIE最早的发射窗口是2014年，它能否成就一番伟业还未可知，但这已是目前飞出太阳系的最快方法。与太阳系内行星探测不同，星际空间任务还无法发回照片，麦克纳特说:“正是这个遗憾使我们加倍努力，也许这并不是坏事。”

<p "="">至于被爱因斯坦设想可以用作望远镜的550天文单位的太阳重力焦点，还有5万天文单位外的奥尔特云，只能等待想象中的下一班“银河特快”了。

极限想象

星际飞行也许匪夷所思，却未必天方夜谭。

在设想中，当人类材料制造的喷管无法承受核动力离子火箭的高温喷流时，也许可以用小型原子弹在飞船后方连续爆炸来推进，或者用它推动飞船前方的巨帆，这当然是看中了人类大量过剩的核材料。如果能用强磁场阻挡小氢弹对飞船的破坏，聚变核火箭也未尝不可。聚变火箭还可以与利用星际空间气体的冲压喷气发动机相结合，后者的设想出现于1960年，只是气体过于稀薄，可能需要直径几百公里的进气口。巨大的太阳帆远离太阳后，也许可以从太阳系内用一束极强的激光或微波束继续推动，另一个类似办法是用磁场与太阳风或恒星风产生反作用力。或者，可以从太阳系内用电磁炮连续将燃料颗粒射向航天器，由它用激光将其汽化后作为能源。

迄今对星际航行可行性最详细的研究要数英国行星际协会1978年发表的“代达罗斯”方案。这艘飞船能载重500吨，以光速的12%，在50年内飞到伯纳德星。它的聚变脉冲火箭每秒可爆炸250枚以氘和氦-3为燃料的推进小核弹，在磁场约束下产生等离子体喷流。穿越选定的恒星系统时，它将释放一些探测器，最大的将携带地球上最大的望远镜。在50年航程中，飞船的生存和维修全靠智能机器人。

显然，除非使人冬眠或假死，星际飞行不可能载人。由于时间膨胀的相对论效应，光速飞船能在宇航员的20个主观年中飞过银河系，但早已超出当代可以预见的技术。不过立刻有人想象出惊世骇俗的“世界飞船”或“星际方舟”。它将以不到光速的1%飞行，虽然到达最近的类地行星要上万年，但数量可观的人口将把生态系统搬到飞船上，以世代更替应对“在路上”的考验。

这还不是最大胆的设想。如果能制造并操纵一个微型黑洞，或者利用反物质，也许将得到光速飞行的无穷力量。 外行星太阳系