在浩瀚宇宙里寻找另一颗"地球",几乎是天文学家几十年来的执念。就在2015年7月23日,美国国家航空航天局(NASA)在新闻发布会上一口气公布了500多颗新的候选行星,其中一颗被拿出来单独介绍,理由很简单——它和地球的相似程度,是当时人类发现的所有系外行星里最高的一颗。
这颗被称为地球"孪生兄弟"的星球,还有一个不算好记但足够响亮的编号:开普勒-452b。按照NASA科学家当时的原话,这颗行星达到了"类地行星"的标准,这一表述听着轻描淡写,实则分量不轻。
要理解为什么这颗行星让整个天文学界都有点小激动,得先从"猎人"开普勒空间望远镜说起。这台望远镜于2009年3月7日从卡纳维拉尔角发射升空,任务只有一个——盯着天鹅座方向那片天区,找出跟地球类似的行星。
它原本设计寿命只有三年半,结果却相当"能扛",一直工作到2018年才彻底退役,前前后后干了九年半。到2015年宣布这次发现时,开普勒已经观测到了4,700多个候选天体,其中1,030颗被正式确认为行星,其余的都在等更多数据来"转正"。
那么,一颗系外行星要被贴上"类地"的标签,究竟得过几道关?简单说,主要看三点。
第一,个头得跟地球差不多;第二,围绕的母恒星要跟太阳是同一类;第三,得处在所谓的"宜居带"里。宜居带就是天文学里常说的"金发姑娘区"——离恒星太近会被烤干,太远又会冻成冰坨,只有位置刚刚好,液态水才有机会在表面存留。
研究发现,大约每五颗恒星里,就有一颗在宜居带内藏着地球大小的行星。在开普勒-452b之前,开普勒也筛出过一些疑似目标,比如2013年公布的开普勒-62系统,还有2015年1月同一支团队宣布的开普勒-438b、442b和440b,但这些行星大多只满足一两条,凑不齐三条硬指标。
为什么这三条缺一不可?这里头有讲究。
行星要是太小,自转会转得飞快,环境剧烈;要是太大,大气层往往异常浓厚,暴风肆虐,还容易积聚有毒气体。理想的目标必须是地球这种"体型",能撑得起一层岩石外壳。
再加上恰当的距离、合适的温度、类似地球地壳和地幔的岩石基础,才算是备齐了"配方"。开普勒-452b正是三条全中的第一颗。
具体来看,这颗行星距离地球约1,400光年,位于天鹅座方向。它的母恒星开普勒-452属于G型主序星,也就是俗称的黄矮星,与太阳同类。
年龄大约60亿岁,比太阳大了15亿年——放在动辄百亿年尺度的宇宙里,这点差距其实算得上"同龄"。质量比太阳多出约4%,直径大约大10%。
开普勒-452b本身的公转周期是384.8天,跟地球一年365天只差20天左右,日子过得几乎一样"规律"。它离母恒星的距离比地日距离稍远约5%,恰好抵消了母星更亮一些带来的多余能量,所以表面温度和地球非常接近。
个头方面,开普勒-452b比地球要壮实一圈,直径约为地球的1.63倍,质量估算达到地球的三倍多,属于"超级地球"的范畴。这种体量让它的引力更强,如果拥有大气层,理论上也会更厚更稠密。
科学家们之所以敢说这里"有山有水",正是基于它可能存在浓厚大气这一推测。当然,这个剧本听起来跟当年人们对金星的期待有点像——金星也曾因浓密大气被误认为宜居星球,结果最后被证明是个不折不扣的"高压蒸笼"。
对当年领导这项研究的NASA艾姆斯研究中心开普勒数据分析负责人乔恩·詹金斯(Jon Jenkins)来说,这颗行星让他兴奋的地方还不止这些。他把开普勒-452b形容为"地球更年长、更大的表亲",认为它在宜居带里已经待了大约60亿年,这一时长远超地球本身的历史。
换句话说,如果生命所需的其他条件也都具备,那这颗行星上生命起源的时间可能远比地球早。这个说法极具想象空间,也让开普勒-452b一夜之间成了公众眼里的"地球2.0"。
不过冷静下来看,"相似"和"一模一样"完全是两码事。距离1,400光年意味着人类对它的具体情况知之甚少,绝大多数参数都是通过凌日法反推出来的估算值。
凌日法就是盯着恒星,看它的光度是否会因为行星"横穿"而周期性变暗,从光变曲线里挤出行星的大小、轨道等信息,本质上是间接观测。事实上,2018年之后,一些后续研究团队还曾对开普勒-452b是否真实存在提出过质疑,认为它可能只是数据里的一个统计噪声,不过再后来的补充分析又把它给"救"回来了。
这颗行星的身份,直到现在都还有一定争议。更关键的是,开普勒-452这颗恒星已经进入"中老年",比太阳更早步入演化后期。
它的辐射输出比年轻时的太阳要强不少,处在它宜居带内边缘的开普勒-452b,很可能正在经受愈发严重的温室效应。天文学上有个概念叫"失控温室效应",指的是行星表面温度和大气不透明度形成正反馈,越热越锁热,直到把海洋整个蒸发干净。
金星走的就是这条路。开普勒-452b会不会正在或已经走上同一条路,谁也说不准。
再往深里想,地球之所以能长成这颗蔚蓝色的星球,靠的绝不仅仅是位置好。月球的存在同样功不可没。
正是有月球以合适的质量在旁边"拉着",地球的自转轴才能长期稳定在约23.5度这个恰到好处的倾角上,四季分明、气候平稳。要是没有月球,地球的自转轴可能会像陀螺失衡那样剧烈摆动,温度或者失控上升,或者一路冰封,液态水根本没法长期存在。
回望地球生命的演化史,每一步都踩在一堆偶然的巧合上——大氧化事件、几次大灭绝、板块运动、磁场保护……环环相扣,缺一环都可能改写结局。开普勒-452b是不是同样幸运,目前没有任何证据能给出答案。
就算那里真有生命,也未必意味着有文明。地球上生命出现了三十多亿年,人类文明满打满算不过一万年出头,能造出无线电的历史更是不到两百年。
宇宙尺度下,文明是件极其稀罕的事。美国自然历史博物馆天体物理学助理查尔斯·刘曾算过一笔账,人类如果要亲自跑一趟开普勒-452b,即便造出能推动飞船达到70%光速的反物质引擎,单程也得两千年左右。
他打了个比方——两千年前,正是罗马帝国的年代。想要真正抵达"地球2.0",可能需要一艘能承载上百人的多代际飞船,靠一代又一代人接力,才能维持基因多样性和生存所需的社会结构。
所以到今天为止,开普勒-452b依然只是"最像地球的行星之一",谈不上真正的第二家园。它更像是给人类打开了一扇窗,让大家意识到宇宙里可能真的存在无数颗类地行星。
这些年,寻找系外宜居行星的接力棒并没有停下。开普勒2018年退役之后,NASA的TESS望远镜接过了任务,中国科学院国家天文台牵头的"地球2.0"(Earth 2.0)巡天卫星项目也在紧锣密鼓推进,计划面向类太阳恒星的宜居带做更精细的搜寻。
就在不久前,NASA的潘多拉(Pandora)小卫星任务刚刚开始正式研究系外行星宿主恒星,用来分析行星大气特征;备受期待的"宜居世界天文台"(Habitable Worlds Observatory)也进入了新的仪器概念评估阶段,目标是直接对类地行星拍摄光谱,寻找氧气、水汽、甲烷这些可能的生物信号。回过头看,从2015年那次发布会到现在已经过去十多年,人类在系外行星领域的认知,从"能不能找到"进化到了"怎么看清楚"。
开普勒-452b也许永远只是一颗遥远、模糊、带着争议的行星,但它当年掀起的那阵热浪,实实在在推动了后来一系列更深入的探索。至于它上面到底有没有生命、有没有一片像地球一样的蓝色海洋,恐怕短时间内没人能给出确切答案。
1,400光年的距离面前,人类目前手里的工具还太"短"。但正因为够不到,这份好奇心才显得格外珍贵——毕竟,仰望星空这件事,从来就不是为了立刻拿到答案。