系外行星的生命光譜

2013/8/5   (6278)   原稿來源: http://tw.news.yahoo.com/%E7%B

星系中到處都有行星，科學家發現當行星消逝於恆星背後，會導致恆星亮度產生變化，可得知行星大氣的成份。他們正竭盡所能窺探那些行星的大氣，以尋找外星生命的跡象與證據。

從資深的天文物理學家到剛出道的科學記者，只要身處現場，絕不會忘記1996年1月美國天文學會在德州聖安東尼市所召開的記者會。當時加州州立舊金山大學的天文學家馬爾希（Geoffrey W. Marcy）與當時任教於加州大學柏克萊分校的巴特勒（R. Paul Butler）在記者會中宣佈，已發現了第二及第三顆環繞著類似太陽的恆星運轉的行星。第一顆這樣的行星──飛馬座51b，在幾個月前才由瑞士日內瓦大學的梅約（Michel Mayor）與奎羅茲（Didier Queloz）宣告發現──不過單一次的觀測發現可能只是僥倖，甚或是個錯誤。現在，馬爾希可以很有信心地排除那兩種可能性，他告訴在場的聽眾：「行星絕非稀有的天體。」
這項消息震撼了全球天文學界。由於科學家根深柢固認定行星太難發現，幾乎不曾有人認真尋找它們。現在，天文學家僅僅搜尋過少數恆星後，便發現了三顆新行星，這代表宇宙裡還有億萬顆行星等著被發現。

假如巴特勒與馬爾希只解決了行星形成理論上的問題，那麼他們的發現便不會如此令人震驚。相反地，這項發現點出了所謂的太陽系外行星確實存在，因而可能解答從古希臘以來便困擾著哲學家、科學家與神學家的大問題：我們會是宇宙裡唯一的生物嗎？

記者會結束後，科學家坐下來思索，該如何才能查出在環繞著陌生太陽的行星上是否存有生命型態的跡象。由於無法像茱蒂福斯特（Jodie Foster）在電影「接觸未來」裡一樣擁有外星廣播系統，唯一能夠驗證此事的方法只有搜尋系外行星大氣裡的生物印記──證據顯示，像氧這種高活性氣體，若沒有可進行新陳代謝的生物體源源不絕補充，勢必迅速消失。

馬爾希、梅約與他們的同事只看到行星施加於其母恆星上的重力效應，若要發現生物印記，必須直接拍攝系外行星的大氣才行。為達成此目標，美國航太總署（NASA）打算發射一系列功能越來越強大的太空望遠鏡，此計畫將耗資數十億美元興建繞行地球的望遠鏡，稱為類地行星發現者干涉儀（Terrestrial Planet Finder Interferometer），並在2020年代起開始運作。簡單地說，天文學家無法在短期內知曉任何關於系外行星大氣的狀況。

但他們錯了。頭一批系外行星的發現，激勵了整個世代的年輕科學家投入這個天文物理界突然爆紅的特殊領域，也說服了許多較年長的天文學家，轉做系外行星科學的研究。突然湧入大量才華洋溢的人，激發出探索系外行星大氣的新鮮想法，因而迅速推動了事情的進展。2001年，天文學家在一顆系外行星的大氣中，確認了鈉的存在。自那時起，他們也已分辨出甲烷、二氧化碳、一氧化碳與水。透過檢視系外行星的大氣，他們甚至發現了間接的跡象，暗示某些行星可能有一部份是由純粹的鑽石構成。曾參與許多這類先驅觀測的美國加州理工學院天文物理學家克努森（Heather Knutson）說：「目前，如果你把尚未公佈的資料也計入的話，我們已經從大約30~50顆系外行星得知關於其大氣的一些訊息。」

這些發現離確認生命的存在，仍有一大段差距。這一點也不奇怪，因為克努森所說的大多數行星都是高溫且類似木星的行星；比起灼熱的水星繞日軌道，它們還更貼近其恆星。不過克努森與其他天文學家已經逐漸開始探測較小行星的大氣，那些行星稱為超級地球（super-Earth），其質量約介於地球的2~10倍之間，這是10年前仍無法想像的事。今年4月時，克卜勒太空望遠鏡宣佈發現兩顆小於兩倍地球大小的行星，且都位於溫度可容許生命存在的軌道內；這又是一個例子，暗示宇宙裡適合生命發展的行星，數目必然繁多。雖然這兩顆名為克卜勒62e與62f的行星離地球太遠而無法詳盡研究，天文學家相信不出數年，觀測人員必能在地球的孿生行星大氣裡尋得生物印記。