去哪兒尋找第二顆地球

 去哪兒尋找第二顆地球

12-10-2019

 

今天科學家們还不断地在宇宙中找尋類似地球, 或適合人類居住的行星。他們發現太陽系內, 似乎已沒有什麼希望, 便把目光轉向太陽系外, 去銀河系中尋找。 这便是大家熟悉的尋找「系外類地行星」的計劃。

 

找尋系外行星, 有以下幾種測試方法: (1) 凌日法 ~ 是最常見的方法。一顆行星從母恆星盤面的前方橫越時, 可以觀察到恆星的亮度略為下降一些, 而這顆恆星變暗的數量取決於行星相對於恆星的大小。 (2) 徑向速度法 ~ 在一個恆星附近若是存在一顆行星, 他们之间受到萬有引力的影响, 彼此繞着一個中心轉動。因此, 從遠處观測这颗恆星, 他就会產生周期性的振动, 恆星光譜會因速度變化的「都卜勒效應」而產生接近地球時的藍移, 或是遠離地球時的紅移現象。藉此可以估算出那颗行星的大小。 (3) 脈衝振動頻率法 ~ 若是脈衝星附近存在其它行星, 其脈衝振動頻率会受到影响, 但找到那行星也是白找, 因不適宜居住; (4) 引力透鏡法也可以考慮使用。

 

在2013年11月4日, 天文學家報告, 基於克卜勒太空望遠鏡的資料, 在銀河系的類太陽恆星和紅矮星的適居帶內, 可能有多達400億顆地球大小的系外行星環繞著。估計可能有110億顆行星環繞著類似太陽的恆星運行。

 

NASA和許多研究机構组成一個行星可居住性實驗室 (PHL), 專門分析目前在銀河系中精挑細選出的一些類地行星。可惜都因為母恆星太老、是紅矮星、温度太低、耀斑太活躍…等, 很快就從表上被刷掉了。

 

理論上, 地球之所以成為適合人類居住的星球, 和地球本身及四周的環境, 包括太陽、月亮、地球四周的行星, 甚至我们所在銀河系的位置…等, 都扮演者極為關鍵的角色。以下讓我慢慢道來。

 

(A) 從地球(行星)的角度來看

⑴ 地表的溫度要適中
也就是說在正常情况之下, 温度要高於冰點, 低於沸點, 容許有液態水存在。目前在太陽系的8顆行星之中, 只有地球上存在液態水。其它星球不是太熱就是太冷。要達到這標準, 包括必須要與恆星保持適当的距離, 恆星發出的熱量要恰到好處。一般而言, 母恆星若是紅矮星, 温度太低, 行星必须要更靠近些, 这時不只恆星的耀斑会造成傷害, 距離太近容易造成潮汐鎖定, 向陽背陽面温差会很大。

 

⑵ 適当的繞日軌道
地球橢圆軌道, 近日點(1.47億公里)和遠日點(1.52億公里)的差距小, 離心率只有0.02, 比目前發現所有系外行星(都大於0.25)要小很多, 如此一年温度变化不会太过遽烈。

 

⑶ 要有分明的四季
地球受到月球引力的影響, 倾斜 23.5 度使地球有了四季, 並產生潮汐洋流, 洋流不但使得地球各區温度变得更為均勻, 有益於海洋生物生長, 高低緯度均可種植農作物, 而且促進大陸漂移, 板塊運動增強地球磁場。因此月球的大小、與地球的距離、引力…等等, 都必须正好!

 

⑷ 地球質量體積必须適中
太大如木星, 強引力会遭致更多隕石等撞擊。若非岩石行星, 只是氣態行星, 人類根本就無法居住。太过小, 核心冷却太快, 磁場变弱, 受到太陽和宇宙輻射綫侵襲。引力不足, 大氣流失, 失去的空氣, 地表的水被太陽風吹乾。地球失去了磁場和大氣保護 …等等都会造成致命的結果。

 

(5) 磁場保護

地球內部含鐵鎳的熔岩在地球轉動之時產生磁場, 这強有力的磁場 (0.25 ~ 0.65高斯) 在地球四周形成磁層, 是保護地球的大氣免受太陽風侵蝕的屏障, 而大氣除了維持地球上的臭氧、空氣和水之外, 也保護地球上的生命, 防止從太陽及宇宙中射來高能量輻射的攻擊。

 

(6) 周圍要有巨大星球保護
地球的鄰居, 月亮和木、土、海王、天王, 甚至小行星帶、柯伊博帶等, 都一直是地球的盾牌, 億萬年來不知替地球承受了多少外來隕石的撞擊。如果沒有他們, 地球人類無法生存。

 

(B) 從太陽(母恆星)的角度來看

⑴ 發出的輻射熱能適中, 持久, 一致
我們的太陽是一顆黃矮星。每顆黃矮星的壽命約為100億年, 在這段時間, 黃矮星會透過內部的核聚變, 把氫聚合成氦。黃矮星的表面溫度介乎5400到6000攝氏度之間, 每秒鐘會把數百億噸氫聚合為氦, 當中有數億噸的質量轉化為能量。

 

銀河系中約有400億顆紅矮星 (Red Dwarf), 佔恆星總數的3/4。他們表面温度約只有攝氏3500度, 因此身邊的行星若要獲取類似太陽傳來的熱能, 就必須更靠近他們。但立刻導致兩個致命的问題:可能会被他潮汐鎖定, 即行星只有一面永遠朝看他; 此外年較些的紅矮星拋射出的耀斑、日冕物質、粒子、紫外線和X輻射要比太陽高上百倍, 目前幾乎还沒發現有任何行星可以遭架得住。

 

⑵ 恆星系統必須已有一定的年齡
太陽系剛形成初期, 約38~41億年前, 很不穩定, 所有行星都遭受外來各種天体及碎片的撞擊, 稱之為重轟炸晚期 ( Late Heavy Bombardment), 一直过了这段期間, 太陽系才開始穩定下來。

 

⑶ 單星勝於双星
太陽是單恆星系統, 繞日行星軌道比較穩定, 不受双星互动的于扰。除此之外, 双星將四周重金屬等元素用罄, 在其周圍不容易再產生類地行星, 比較可能有不宜居的類木氣態行星。

 

(C) 從處在銀河系的位置來看

必須落在銀河系的宜居帶之中

銀河系的中心有一個超大且極可怕的黑洞, 在附近也布滿了老舊的恆行, 充斥着超星爆炸及中子星合併等劇烈的天体活動, 導致周圍吸積盤終年釋放出殺傷力極強的各種輻射綫。在這種情況之下, 人類根本無法生存。太陽系遠離銀河中心, 但又不能在其邊緣, 否則缺乏金屬, 也無法維持像地球這樣的生命。

 

以數学的概率來算, 上述每一個條件都要非常精確到位, 找到一個類地行星, 讓我告訴大家那機率就像把一萬隻手錶的零件丢到機器裡不眠不休地轉呀轉, 突然有一天会有一隻组裝好的手錶出現一般。我们的地球就是一個奇蹟, 是上帝精心设计的。

 

「因為萬有都是靠他造的, 無論是天上的, 地上的, 能看見的, 不能看見的, 或是有位的, 主治的, 執政的, 掌權的, 一概都是藉著他造的, 又是為他造的。」(西 1:16)