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第五部 尋找外星文明

至於靈魂
如果??

如今我們站在時代的開端,在人類的歷史上,我們第一次有能力隔著星際的距離
與其它生物聯繫。為了讓溝通成為可能,我們不能光是等它們來找我們,而應該
和多數這些銀河系當中大有可能存在的文明一樣,研究得以彼此接觸的方法,以
決定最佳的進行方式。要是這樣的研究僅止於少數幾位天文學家特殊的消遣,我
們大概是不會成功的。然而,如果我們詳細擬定搜尋鄰居的計畫,便有可能會達
成接觸,也許不是在開始的第一年,但卻可能在人類社會認為合理的一段時間之
內達成。

p 380

p 381

16 地球獨特嗎?

地球的歷史會寫下我們處在首先探訪太陽系的偉大時代,因為我們至少正在認清
身處的宇宙環境。然而,儘管我們盡全力利用太空船研究月球、水星、金星、火
星、木星、土星、天王星、海王星,以及冥王星(人類還登陸了月球),我們除
了地球以外,卻沒有在其他地方發現生命。在我們自己的行星上,我們曾仔細進
行化學分析來自行星際空間的隕石,卻仍沒在它們之中找到有機體。

我們沒能在這些環境中找到生命,似乎讓人很沮喪,但是這些負面的結果正顯示
我們的尋找進行的不錯。進一步來說,我們對於在地球上產生生命的條件,以及
其它行星上可能導致生物產生的條件,也因為海盜號登陸火星以及對金星多方面
的研究,而有了長足的進展。另外在太陽系的外圍,我們發現有些環境類似某些
科學家心目中的初始地球:亦即在充滿氫氣的大氣中,熱能與紫外線將簡單的分
子轉變成更複雜的化合物。在一些隕石中,我們發現有些這類反應產物的證據,
也就是找到包含胺機酸的有機物,而這些胺機酸是所有我們這種生命的核甘酸所
必需的。這些發現很鼓舞人心,因為增長了我們對生命在地球發源條件的知識,
也表示導致生命起源的基本過程,在宇宙中到處都能發生。

但是在自家附近,正如我們學到有關火星與金星的情形,我們開始體會,如果某
個行星要從一個只是擁有有趣化學反應的天體,轉變成能夠發展出並維持生命的
天體,必須要具備哪些條件。為什麼在我們太陽系中,這些條件似乎只在地球上
出現呢?是哪些特殊的性質讓我們的行星有別於其它的行星與衛星,而成為當今
眾多生命的家鄉?這本書是在地球(而不在金星)印行的這個事實,全然是由於
運氣嗎?地球是不是有可能在銀河系中是唯一無二滋生智慧生命之所在?

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<地球的特殊性質> (Distinguishing Characteristics of the Earth)

如果只討論行星最基本(而非由別種性質衍生出來)的特性,我們發現地球之所
以在太陽系中與眾不同,乃是因為地球具備了三項特點的結合:地球和太陽的距
離、地球的大小,以及質量偏大的衛星(最後這一點或許比較不重要)。這三項
地球的特點當中的每一項都對生命的起源與演化有深遠的影響。

假想地球公轉軌道改變成像現在的金星一樣,我們可以推想會發生如下的情形:
太陽的輻射增強,造成我們行星平均溫度升高,以致產生大量水蒸氣,充斥在大
氣中。這些水蒸氣造成地表不易散熱到太空中,進一步使溫度升高,而這樣的結
果又產生更多的水蒸氣,如此一直下去。地球便會發生造成金星(圖12.6)乾
涸同樣的過程,也就是不可收拾的溫室效應 (runaway greenhouse effect) 。高溫
後來也會導致地球上產生濃厚的二氧化碳,就如同在金星上那樣。

換個情形來說,假設地球和火星交換位置。此時因為太陽距離增加,入射的太陽
能減少,造成海洋溫度下降,而兩極的冰冠範圍增大,使得大氣中水蒸氣量減少,
同時增加行星的反照率。如此溫度會節節下降,而造成不可收拾的冰櫃效應,在
最極端的情況下,地球則會滿覆冰塊。我們可以想像會有些情形,是介於這兩種
極端之間,像是厚重的二氧化碳大氣層維持比較溫暖的氣候,或是在赤道附近會
存在溫帶的環境。但是如果距離太陽更遠的話,即使是這種可能的情形都不會存
在。假如我們的大氣富含CO2,雖然我們可以忍受稍微離太陽遠一點,但是很
顯然地,我們還是寧可位於目前和太陽的距離。

地球具有適當的大小也是非常重要的。大型行星無法拋去氫氣,而最小的行星則
無法維持住大氣層。實際上的限制其實不只是保持住已經存在的大氣層而已。我
們在14章看到,像地球般大小的行星,會比小如火星或水星般的行星,有更好
的機會發展出溫暖的環境。比較大的物體比較有機會產生比較厚重的大氣層,因
為它在形成之初,以及往後的時期,會有較大的規模的累積以及釋氣 (outgassing)
過程,同時在內行星遭受大量撞擊的時期,大行星也比較有機會保持住大氣。

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因此,決定行星是否適合生命的關鍵因素是它的{大小}及{位置},還有它的大氣
組成。那麼月球的影響呢?雖然說月球對於地球上的種種活動,像是人類的浪漫
情懷,以及魚類的產卵活動等有深遠的影響,但是在地球上發展出並維持生命的
這件事,卻似乎和我們的行星擁有一個大型的天然衛星的這個事實毫不相干。然
而月球的確提供我們兩項重要的幫助。首先,月球提供大規模的潮汐,這對形成
生命得以發源的小尺度環境非常重要。(從另一方面說,太陽也產生潮汐。雖然
說規模不到月球造成的一半,但是這些潮汐本身大概也足夠提供生命發源所需。)
月球對地球生命起源還有第二個貢獻,就是讓地球的自轉方向穩定。我們已經看
到火星自轉軸因為並非垂直於軌道面,造成火星氣候明顯的變化(參見第??頁),
但是如果火星有一顆大的衛星,便能使變化不致太明顯。造成火星「偏軸」變化
的原因,來自太陽與木星拉引火星合成的效果。計算顯示,在地球上常常造成生
命滅絕的冰河期,其成因可能就是來自地球自轉軸的偏移,以及地球公轉軌道的
離心率有了些許的改變。如果我們行星氣候的改變程度大於冰河期的情形,恐怕
對生命(起碼對陸地生物而言)的發展就會有致命的影響。

從另一方面來看,想要有適宜的穩定條件,到也不是非要有大型的衛星不可。只
要地球的自轉週期快得多,或是慢得多,也會達到同樣的效果。舉例來說,金星
243天的週期就使得它的自轉軸具有固定的傾角。所以地球與月球這個系統特殊
之處,在於一天大約是24小時,而且還很穩定。如果某個行星的自轉週期比較
短或者是比較長,生命會如何發展呢?對於這樣的問題,我們只能猜測答案,但
證諸地球上各式各樣的生物所展現出對不同晝長的適應(例如企鵝與北極熊都生
存在漫長的夏日以及同等漫長的冬日),似乎要在某個日夜週期和我們不同的行
星上發展出生命,是沒有困難的。因為沒有月球而少掉的大型潮汐也並非致命的
缺失,因為仍然有太陽造成的潮汐,有天氣造成的海平面起伏,也還有結冰、化
冰的氣候循環,這些都足以產生適當的小尺度環境。

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<其它恆星的行星系統> (The Planetary Systems of Other Stars)

我們談到有關太陽與行星的起源與演化的種種理論,沒有一項是太陽系獨一無二
特有的性質,因此我們可以合理的假設,應該能夠在生命期與光度都與太陽類似
--- 也就是光譜型態F5到K8 --- 的恆星圍找到行星。我們預計所有的行星系統
都具有由石塊組成的內行星,它們和我們太陽系中的內行星一樣擁有因為釋氣、
天氣,以及逃脫而產生的大氣層。從我們自己的例子來判斷,這些內行星當中很
有可能有一個會以「適當」的距離繞行它的恆星。在我們的太陽系中,地球便位
於「適當」的距離,而火星和金星也離得不算太遠;這三個行星在過去某段時期
似乎都存在液態水,只不過今日只剩下地球仍擁有。我們的太陽系有兩顆行星具
有適合的大小(地球及金星),而其中就有一顆位於適當的區域。這表示大約每
兩個行星系統當中就有一個會包含一顆大小適中、位置適當的行星。

說每兩個中會有一個是比較保守的說法,樂觀的人則會認為,因為我們存在,所
以每個行星系統都應該有一顆大小適中、位置適當的行星!這種樂觀想法要能成
立,如地球般大小的其它行星一定得存在,或者像是火星般大小的行星,要是比
較接近太陽的話,必須要能維持生命。這其中一種假設可能是真的,也可能兩種
假設都成立,但是在沒有更多證據的情形下,我們還是謹慎些好。

剩下來要擔心的,反倒是月球!我們不知道為何我們的衛星這麼大(和我們比起
來),甚至不知道它是怎麼形成的,因此無法針對其它的行星系統進行精確的預
測。但正如上述,一個大型的衛星可能不像另外兩個條件那樣需要。我們因此估
計也許每四個行星系統中會有一個擁有像地球般的行星,它位於適當的位置,同
時具有足夠穩定的氣候,以供生命發展。這每四個當中有一個的估計,所根據的
想法,是半數的行星系統會有一個大小適中、位置適當的行星,而它們當中又有
一半可能並不需要大型衛星來減緩自轉軸傾斜的變化,要不然就和地球一樣,實
際擁有衛星。

不要以為因為有數字出現,就表示以上的推論一定嚴謹。還是可能有其它一些我
們尚不知道的性質,讓地球獨樹一幟,或幾乎獨一無二。舉例來說,我們並沒有
談到地球是太陽的行星中,唯一有水組成的海洋。在培育我們所瞭解的生命型態
方面,大量的液態水顯然是很有幫助的,而我們所做的假設是某個行星如果大
小、位置都適中,便自然的就會有液態水。然而其它的因素,像是早期太陽系中
含有大量易揮發物質的隕石與彗星,也對液態水的存在有決定性的影響。最後,
我們要強調,{完全與地球相同的行星並不保證在該行星上會發展出生命,我們
也不是說只有像地球一般的行星才能孕育生命}。但是到目前為止,經驗告訴我
們類似地球的行星是最有可能居住的地方,至於可能性有多大,就是我們在太陽
系以外尋找生命所必須追尋的答案了。

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如果我們要更進一步來談這個問題,顯然我們會希望能夠研究其它的行星系統,
看看我們的行星系統是否有獨特之處,而是其它系統所沒有的。很不幸的,我們
目前無法進行這樣的比較,因為我們只知道一個行星系統,正如我們只知道一種
生命的例子,但是在直覺上,我們認為這些行星系統是存在的。隨著人類益加瞭
解宇宙,人類自認「特別」的想法也漸漸消退。早期的天文學家認為地球是宇宙
的中心,而在發現地球是繞著太陽運行後,我們仍認為太陽是眾星系統(現在我
們稱為「銀河系」)的中心,而即使知道太陽其實位於一條離銀河系中央很遠的
螺旋臂當中,天文學家仍免不了認為銀河系是宇宙中最大的星系之一。今日我們
知道,連最後這個想法都不正確。豈止我們並非獨特,實在是浩瀚的宇宙中,沒
有幾樣物體(或者根本沒有)是真正獨一無二的。雖然一開始我們只發現一、兩
個類星體及脈衝星,但是現在我們知道好多這些天體,另外還有好多超新星、好
多富含銪元素的恆星,以及好多濃厚的星際雲氣。這樣的認知讓我們推想可能尚
有很多其它的太陽系,只不過目前還沒有直接觀測到的證據。

支持這個推想的證據,來自對多星系統的研究。我們銀河系中大多數的恆星屬於
雙星、三星、四星,或者是更大數目的星球系統,其它的星系可能也是如此(圖
16.1)。大多數的雙星系統的兩個成員星彼此很接近,一般的距離大約相當於太
陽到海王星的距離。這是非常小的距離,還不到相鄰兩顆星之間平均距離的千分
之一,卻顯示從星際雲氣中製造星球不太可能做出一個單獨的天體。為數眾多的
星球系統,它們的尺度大小和我們的行星系統差不多,這表示如果我們在某顆星
的周圍沒有看到伴星,我們便預期這顆星鄰近可能有個微小而晦暗的伴星,要不
然就是有一系列的行星存在,這些伴星或行星來自原來形成恆星的雲氣分裂的結
果。

在我們太陽系中的大行星形成時期,我們看到這種分裂的證據。每個大行星各自
伴隨著家族龐大的衛星,而最內圍的衛星顯然是和行星一起形成的。的確,在最
近發現了冥王星的衛星以後,太陽系的已知九個行星當中,只有兩個完全沒有衛
星。水星和金星大概只是太靠近太陽了,以致太陽的潮汐力阻礙了衛星在行星周
圍形成,或是不讓衛星被攫取進入穩定的軌道。

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圖16.1 半人馬座α星是距離太陽最近的恆星系統,其中半人馬座α的A星與B
星都和太陽類似,也都有可能擁有一個以上像是地球的行星。A星和B星之間
的距離約略等於太陽到海王星的距離。這個系統另外還有一顆暗的成員,稱為比
鄰星 (Proxima Centauri),距離A星與B星則位於2000倍更遠之處。
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<尋找其它的行星系統> (Searching for Other Planetary Systems)

這些間接的論點很讓人振奮,但我們無疑想要一些其它行星系統存在的觀測證
據。但是很不幸的,就如同我們在第5章談到的,這些證據非常不容易取得。行
星藉反射而發光,要比照亮它們的恆星暗得多。更何況行星緊繞著恆星運行,這
表示我們要在與天上亮星幾乎相同的位置,搜尋微弱的光點。一個和木星相彷彿
的行星,如果和半人馬α星(距離最近的星球系統之一員,見圖16.1)的距離
等於木星離太陽的距離的話,這個行星在可見光的亮度只有恆星的10億分之
一!由於這樣懸殊的亮度差別,就算我們使用地球上最好的望遠鏡,也無法分辨
半人馬α系統星或B星旁邊像木星這麼大的行星(假設恆星與那個行星的距離
大約等於木星與太陽的距離)。

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如果不能「看」到行星,那麼我們如何偵測到環繞在其它恆星周圍的行星呢?
有四種不錯的可能:第一,建造更好的望遠鏡,而且將它放在地球的大氣層之外,
以避免空氣造成的模糊效應。第二,與其利用微弱的反光來尋找行星,還不如偵
測行星重力所造成母恆星運動的擾動(圖16.2)。第三點和第二點直接相關,
就是利用行星繞行時,一會兒把母恆星拉往一個方向,另一會又拉向另一個方向
(圖2.10),如此造成恆星光譜中的都卜勒效應。第四,試圖找到行星系統正
在形成的證據,此時恆星四周仍存有足夠的氣體與灰塵,能讓我們隔著遙遠的距
離也能觀察到這個過程(見第4及第11章)。

嘗試尋找行星繞行所造成的恆星運動(第二及第三種方法),至今仍未毫無疑義
地偵測到其它的太陽系,但是有一些有趣的暗示。我們仍沒有放在軌道中,專門
尋找行星的望遠鏡(第一種方法),哈柏太空望遠鏡並非設計用來偵測亮星周圍
的行星所發出的微弱反光,但是這個觀測利器能夠幫助執行第四種方法,也就是
尋找在形成之初的太陽系。

在研究行星形成的最初階段方面,天文學家利用在地面的天文台,已經獲致相當
的成果。其中一個方法是利用大型電波望遠鏡,搜尋年輕恆星周圍的環星盤,這
些環星盤是行星系統正在形成的可能證據。我們已經指認出一些這樣的環星盤,
而在其中的一個(到目前為止!)有證據顯示在盤中的氣體的運動是符合凱卜勒
定律的。環星盤存在的其它證據來自紅外衛星IRAS在1983年的觀測(參見圖
4.4),這些資料顯示某些星球發射出的熱輻射超過所預期的星球本身的輻射。
很顯然有塵埃顆粒環繞在這些星球的周圍,而被星光照熱,就好像地球或金星被
太陽照熱,然後在紅外波段把能量再輻射出去。

p 388

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圖16. 如果恆星周圍有行星環繞,恆星會繞著這個恆星加上行星的系統的質量
中心做微小的運動。由於此系統同時也緩慢地繞著銀河中心運行,加上這個微小
的運動後,使得恆星原來應該是直線的運動,會看起來有擺動的現象。對於離我
們最近的恆星,我們有機會實際偵測到這樣的搖擺運動。
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但是這些塵埃是散佈在星際雲氣中,還是集中在盤狀的結構中呢?至少有一顆星
我們在可見光直接看到了環星盤,這顆星叫做繪架座β星,在南半球的天空可以
看得到。史密斯 (Bradford Smith) 與泰利爾 (Richard Terrile) 在1984年使用一
種特殊、稱為日冕儀 (coronagraph) 的裝置,把來自恆星本身的光擋住,成功地
紀錄到發自恆星周圍的環星盤的光線(圖16.3)。繪架座β的環星盤的直徑約
為2000天文單位,遠大於我們太陽系中冥王星80天文單位的軌道直徑,但是有
證據顯示在靠近星球的環星盤中,有直徑30到40天文單位的空曠區域。一定是
有些大的物體繞行在恆星周圍,並且清除了這個區域。一個位於到7天文單位的
大型行星,再加上另外一個位於30天文單位就能達到這個效果,除此之外當然
還有其它的可能。

p 389

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圖16.3 這是一張合成的照片,是把繪架座β的正片影像除以繪架座α星(譯
注:當作點光源的參考)的負片影像。兩顆星都是透過日冕儀觀測的。合成的結
果是散射的部分幾乎全都消除了,但仍有繪架座β明亮的月形影像殘留。我們看
到的斜向光帶,大小約1000天文單位,分佈在恆星的兩邊,就是環繞在繪架座
β四周的盤狀物質。
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到目前為止,繪架座β星是唯一我們偵測到環星盤的恆星,但是搜尋的工作仍繼
續進行,而針對繪架座β本身的研究在未來幾年也會持續加強。這顆南天星球的
周圍是否真是有正在成形的行星呢?如果有的話,我們才算確實掌握了我們的太
陽系並非獨一無二的證據。就目前來說,我們找到「最有可能的行星」卻是在原
先我們最沒預料到的地方:它繞行著中子星,也就是繞行在超新星爆炸後殘存的
天體(第六章)旁邊!

在波多黎各的阿里西坡天文台的電波天文學家於1992年宣布他們發現脈衝星周
圍有天體圍繞。脈衝星就是快速旋轉的超新星遺骸(見第??頁)。尋找脈衝星旁
邊的行星所依據的技術,是精確度量電波脈衝抵達地球的時間。有一顆距地球
1600光年遠,稱做PSR 1257+12的脈衝星,在某批數據中顯示它周圍可能有
兩顆行星。

p 390

在進行度量時間的實驗時,發現有時候電波脈衝會比預期的早些抵達,有時候則
稍微晚些,還有,這些差異乃以規律的方式重複。電波天文學家推論發出脈衝的
脈衝星本身必定正繞著脈衝星與行星的系統的質量中心,做微小的軌道運動。這
樣的結果,造成脈衝星有時比我們預期的(沒有軌道運動的情形下)遠些,有時
又近些(再次參見圖16.2)。我們度量脈衝時間間隔的精確度非常高,足以揭
示脈衝星正被兩個繞行在它周圍的物體拉扯,而這兩個物體所在的距離相當於水
星離太陽的距離,質量分別是地球的2.8與3.4倍,這些質量遠小於木星,表示
這些是行星,而不是恆星或是恆星燃燒殆盡的灰燼。

對於這麼遙遠天體,而又發生在1600年的事情,我們得到這樣的結果,很不錯
吧!有關繞行在脈衝星附近的行星,最令人覺得了不起的是,天文學家還能知道
行星的軌道到底有多接近{正圓}。如果不是圓形的軌道,那麼脈衝抵達的時間和
我們預期沒有軌道運動的情形相比,會出現{不規則的變化}。而實際上,觀測到
的變化非常規律,因此我們的結論是這兩個繞行脈衝星的物體,它們的軌道不會
和正圓(有如地球繞太陽的軌道)偏差太多。

而這個事實讓天文學家頗驚訝。一顆爆炸的星球(這是我們知道產生脈衝星的唯
一方式)怎麼能殘留下兩顆伴隨的小物體,而且它們還以幾乎圓形的軌道繞行
呢?任何把恆星大半物質拋向太空的爆炸,會使得鄰近的行星軌道大大偏離圓
形,而我們不知道有任何機制,能讓該天體在合理的時間內重新又變回圓形軌
道。有些天文學家猜測該行星實際上是在恆星爆炸後的約百萬年之內才形成的!
果真如此,那便驗證行星能夠從繞行恆星的殘渣中形成。加州大學聖塔庫茲
(Santa Cruz) 分校的兩位天文學家,吳思禮 (Stan Woosley) 以及林教授 (Robert
Lin) 建議稱呼這些行星為「鳳凰」 (Phoenex;表示它們生自爆炸後恆星的灰燼)
或者是「僵屍」 (Zombie;意味它們實際上在超新星爆炸後還能復生)。

因為這些新的「行星」具有奇怪(以我們的標準來說)的特性,很多天文學家對
於環繞在PSR 1257+12附近存在的物體,持保留的態度。可是雖然有點意外,
觀測脈衝星所得到的高品質資料卻表示,它們有可能真的是我們所發現環繞在除
了太陽以外的恆星(或以前是恆星)周圍的第一批行星。

p 391

<可能性最高的恆星> (The Likeliest Stars)

在等待利用這些技術(未來無疑還會發展出更多的技術)找到其它太陽系的同
時,我們不妨推測一下在我們鄰近的星球中,有哪些適合進行搜尋呢?不少科學
家對於有大量行星系統的存在非常有把握,所以他們假設所有看起來是單獨的恆
星,並具有和太陽一樣的光譜型態,它們就一定伴隨著行星。我們對{鄰近}恆星
周圍可能擁有的行星最有興趣,因為這些最容易通訊(無論是用火箭或用電波)。
因此,我們從距離太陽13光年方圓內的23個恆星系統開始找起(表16.1)。

注意這些有半數是多星系統。只有三顆 (半人馬座αA,天狼A,以及南河三
A)的光度比太陽大,也就是說,只有這三顆星在主序上位於太陽的上方。其它
的星要不就遠遠地在主序下方,光譜型態屬於K或M型,要不(天狼及南河三
的伴星)就已經演化到了白矮星的階段(見第六章)。看起來,雖然太陽一般而
言的確是顆普通的恆星,我們卻很幸運的,所提供能量來源的這顆恆星,它的質
量(也就是實際的光度)比其它九成的恆星都來得大。還有,更亮的星,例如天
狼A(它的光度是太陽的23倍),無法像太陽活得一樣長久。天狼A的年齡事
實上還不到十億年,否則它就已經演化離開主序了,就好像它的伴星已經成為白
矮星一樣。

我們已經談到需要恆星必須在主序上起碼50億年,才有好的機會找到居住有智
慧文明的行星。這樣的條件剔除掉天狼A星,而南河三A星機會也不大。假如
某顆星擁有行星,我們也希望至少當中有一顆足夠溫暖,使得生命得以存在。如
果我們假設水或者是阿摩尼亞能提供生命所需的溶劑(見第??頁),那麼溫度就
得在攝氏0到100度(如果水是溶劑)之間,或者在攝氏 -108到 -33度之間(如
果以阿摩尼亞做為溶劑),換句話說,我們要找的溫度範圍是攝氏 -108到 +100
度之間,而最好稍微高過攝氏0度。

在我們自己的太陽系中,我們知道只有地球與火星的表面溫度在此範圍內。假如
金星能夠沒有大氣層,它的溫度會約是攝氏45度,但實際上金星卻擁有二氧化
碳的大氣,使其溫度保持在攝氏475度。如果把金星排除在適當溫度的區域之
外,我們發現太陽(或另外一顆向太陽的恆星)能夠提供其周圍行星適當溫度的
範圍是地球和太陽距離的0.85到2.0倍(圖16.4)。這麼窄的「適合居住區」
(habitable zone;在這當中有適合生命的溫度) 包括地球與火星的軌道,而這兩
顆行星在過去曾有液態水的存在,但是火星現在已經沒有了。適居區的邊界會隨
著大氣的成分與厚度有稍許不同,因為大氣會影響溫室效應留住熱量的多寡。我
們也不應該忽視像是歐羅巴那樣的環境,因為在那種情形下,來自行星的潮汐作
用使衛星受熱,而加大了適宜溫度的外圍邊界。

p 392

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表16.1
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p 393

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圖16.4 溫度決定恆星周圍「適合居住區」的範圍。太接近恆星的行星會過熱,
導致分子無法存在,因此也就不能進行製造生命的複雜反應。而行星要是過於遠
離恆星,則會太冷,以致分子根本無法形成。類似木星的行星可能是例外,因為
它們可以經由潮汐力釋出熱量,使鄰近衛星受熱。
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再次檢視表16.1中恆星的名單,我們發現表中的星球大多數都屬於昏暗的K及
M型態,和類似太陽的恆星比起來,這些恆星周圍的行星若是想要具有適宜的
溫度而適合居住,行星的軌道必須要離恆星近得多。這些昏暗恆星的生命期極其
漫長,所以周圍如果有可以居住的行星,它們倒是能夠享受數百億年穩定的恆星
照耀,而不像太陽只能提供地球100或110億年。

p 394

然而行星最近能夠離多近呢?拿巴納德星 (Barnard' star) 這顆M4型的恆星來說
吧,它是離我們第二近的恆星,是顆不起眼的紅色星球,每秒鐘發出的光度還不
到太陽的千分之二!巴納德星的行星每秒鐘、每平方公尺接收到的能量,要是像
我們收到來自太陽一般,該行星距離巴納德星必須是地球離太陽距離的1/45,
也就是說,即使是水星和太陽的距離,都比該行星最大允許的距離(因此才溫暖
到生命得以存在)還遠得多。

在這麼近的距離,就有了另一層顧慮:重力可能會鎖住行星公轉及自轉的運動,
使得行星永遠以同一面對著恆星。這個情形發生在我們的月球,以及至少5個木
星內圍的衛星,水星軌道的離心率則導致3比2的共振(見第??頁)。自轉這樣
被鎖住,對生命有何壞處?我們希望有交替變化的條件(像是潮濕、乾旱、冰凍,
以及解凍)來幫助早期啟動生命的化學反應。當然可能也有其它的方式達到一樣
的結果,例如在自轉被鎖住的行星上,也許它們具有足夠濃厚的大氣層,也能一
樣適度調節永晝或永夜的惡劣情況。我們不能理所當然地就把這些M型的矮星
從可能擁有居住行星的名單中剔除,但是和數量上比它們少,卻比它們明亮的姊
妹恆星比起來,這些昏暗的恆星的確可能性是比較低的。

恆星周圍的適居區,也就是該區域中的行星擁有適合生命存在的溫度,常被稱為
「生態圈」 (ecosphere)。由於大多數的恆星光度不如太陽,它們的適居區遠比
太陽的要來的小(圖16.5),因此在尋找最有可能擁有適合居住行星的恆星時,
我們能夠大大縮短表16.1的名單。事實上,天狼A與南河三A因為生命期太短
可以被剔除,因此在太陽4秒差距方圓內,擁有足夠寬廣的生態圈的最佳候選星
球只剩下半人馬α的A、B星,鯨魚座τ星,以及波江座ε星。讓我們簡短地
個別看一下這些可能的恆星。

半人馬座α星的系統(圖16.6) 包含兩顆相當明亮的恆星(A星的光度是太陽
的1.5倍;B星則為0.44倍),另外還有第三顆暗得多的星,稱為「比鄰星」
(Proxima Centauri),其亮度不到太陽的千分之一。天文學家曾經一度以為多星系
統是非常不可能有行星的,因為各個恆星的重力吸引要不就阻礙了行星的形成,
要不就讓即使已經形成的行星無法存在穩定的軌道。目前的看法是,我們真的無
法判斷和單獨的恆星比起來,在雙星或多星系統裡,是不是比較不容易形成行
星。還有,我們對可能的穩定軌道也太悲觀了,因為在雙星系統中,在兩種情況
下,穩定的軌道還是有可能的。第一種是行星繞著雙星成員的其中之一運行,而
成員星自己則互繞;第二種情形則是行星以大距離繞行整個雙星系統。

p 395

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圖16.5 像太陽一樣的恆星,其適居區遠大於昏暗的紅色星球(像是巴納德星;
Barnard's star)。如果把溫度的範圍釘在攝氏 -108到 +100度,那麼太陽的適居
區範圍是地球和太陽距離的0.85倍到2.0倍,而巴納德星四周的適居區則只有地
球與太陽距離的0.02倍到0.06倍。注意,巴納德星的適居區實際上還小於本示
意圖所繪的大小。
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半人馬座α的A星與B星的光譜型態分別是G2以及K5,因此如果有行星離它
們其中之一夠近,這兩顆星都足以維持它們周圍行星上面的生命。因為A星與B
星的距離是地球與太陽距離的25倍,我們可以想像繞行它們的行星會很像我們
的內行星。在這種情形下,對繞行其中一顆恆星的某行星上面的居民來說,另外
一顆恆星看起來就有如一個巨大的月亮,它的亮度會比我們的月亮強1000倍,
但還是比行星所繞行的那顆恆星暗了1000倍。這個「超級月亮」有半年會在白
天出現,之後半年則在晚上現身。這兩顆恆星的顏色稍有不同,分別是黃色與橙
紅色,讓整個效果生色不少(圖16.7)。

p 396

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圖16.6 半人馬座α這個星球系統由三顆星組成,其中的兩顆(半人馬α的A
星與B星)和太陽非常相似。這三顆星皆繞行它們的質量中心,但是星和B星
的距離是地球與太陽距離的25倍,而比鄰星 (Proxima Centauri) 和質量中心的
距離則遠了2000倍,也就是地球與太陽距離的5萬倍。圖16.1有半人馬座α的
A星與B星的照片。
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另外一個情形,就是行星以大的距離繞行兩顆星,使得行星的軌道就像比鄰星一
般(再次參見圖16.6)。雖然這樣的軌道是穩定的,但對於我們尋找外星生命
卻沒什麼幫助,因為比鄰星離半人馬α的星與B星都非常遠,以致於任何時間A
星與B星看起來的亮度都還不如我們的月亮。寄望在這樣的行星上有生命存在,
就好像希望生命能靠著月光發展出來,似乎不太合理。

我們當然可以想像有某顆行星以非常近的距離繞行比鄰星本身。然而這顆M5型
態的恆星非常的暗,也非常的冷,所以也不行,因為會有我們在考慮巴納德星時
相同的情況,也就是適合居住的行星的軌道必須非常的小。如果地球以和太陽現
在的距離繞行比鄰星,我們所看到的新「太陽」會是一面小的紅色光盤,亮度只
有滿月(由我們現在的太陽照亮)的60倍,但是在天空看起來大小只有十分之
一。如果這真是我們的母恆星,我們想要存活的希望的確是渺茫的,雖說由於有
A星與B星在天上照耀,我們無疑能因此享受天空的美景。

下一批有可能的星球是波江座ε星與鯨魚座τ星,它們比半人馬座α系統更遠。
波江座ε星屬於K2型態,光度只有太陽的百分之30,很像半人馬座α的B星。
要是有某顆行星繞行這顆恆星,距離如果是水星或金星與太陽的距離的話,還是
在適居區之內的。鯨魚座τ星是一顆G8星,比波江座ε星更像太陽,因為它的
光度是太陽的百分之47。同樣的,我們可以預期鯨魚座ε星擁有寬廣的適居區
(要比波江座ε來得大),但比太陽小。印地安座ε星 (Epsilon Indi) 和天鵝座
61號星 (61 Cygni) 的光譜型態都和波江座ε差不太多,因此是另外兩顆有可能
的恆星,但是因為它們的光度分別暗了百分之53及74,所以在我們的名單上排
名不是太高。

p 397

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圖16.7 繞行半人馬座αA星或B星的某顆行星會見到兩個明亮的「太陽」,
一個是黃色,一個是橙紅色,其中的一個要明亮得多。至於比鄰星則只是顆昏暗
的紅色天體。
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從科學家懷疑別的恆星周圍也可能有生命開始,鯨魚座τ星與波江座ε星就已經
引起他們的注意。自從使用電波搜尋直到現在,天文學家就期望能在這些星球
偵測到文明的訊息,但至今仍無結果。比起來,半人馬座α星並沒有得到相同的
重視,這是因為截至目前,我們用來搜尋人為訊號的主要儀器,皆是位於地球北
半球的電波望遠鏡,而這些望遠鏡都無法觀測位於南天的半人馬座α星。

p 398

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表16.2
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我們在第18章會談到在其它行星上找到另外文明的機率,從那些討論我們知道
不該預期在歷時短暫的觀測之後,在開始研究的頭兩、三顆星,就很容易地找到
生命。當然我們也不該放棄一個想法,就是這些星當中就有某一顆周圍繞了一顆
行星,在其上具有遠比我們進步的文明,只等我們學到適當的方法和它們接觸。
這倒是證明有其它行星系統很奇妙的方式吧!

在目前,我們探討離太陽方圓13光年之內的23個恆星系統,讓我們瞭解銀河系
中一般的空間是怎樣的狀況。如果只討論目前我們瞭解的這個太陽系本身的環
境,我們知道大多數的恆星光度都太低,不適合居住在行星上的生命。但是我們
不必沮喪,因為即使我們保守一些,不考慮那些微小、暗冷的恆星,銀河系中仍
然有非常多的恆星。正如表16.2所示,銀河系中具有極似太陽性質的恆星,超
過600億顆。我們所要做的不過是延伸搜尋的空間範圍,直到有一天我們碰到外
星文明的觸角,就在我們眼前以眼花撩亂的速度在我們面前展開。

<結語>

在本章開始的時候,我們問了一個問題:我們的行星、太陽系,或是我們的恆星,
是不是有什麼極其特殊之處?假如真是如此,我們一定會認為自己是銀河系中唯
一的智慧文明。這個念頭會興起,是因為在這個探究太陽系的階段,我們體會到
只有自己這顆行星提供了環境,在其中我們發現了生命存在的證據。但造成此特
殊現象的原因,似乎是地球的大小以及和太陽的距離。如果金星和地球換位置,
同時金星是在地球現在的位置形成的,因此能保持住相同比例的易揮發物質,那
麼上面有住人的可能就是金星了。月球在生命的起源上扮演了重要的角色,它使
得地球保持一定的傾角,同時激起大規模的潮汐。但是,地球轉得快一點或慢一
點其實也可以達到類似穩定的效果,而比較和緩的潮汐能提供生命初期所需的適
當環境。

p 399

其它太陽系應該也和我們一樣,擁有多石的內行星,而如果假設我們的太陽系
具有代表性,那麼找到某個大小、距離、自轉週期都適當的行星的機會大約是四
分之一。不幸的,現在我們仍然沒有其它太陽系存在的直接觀測證據,但是卻有
一些間接的證據,顯示在恆星形成的同時,行星也常常跟著形成。我們正採用一
些技術偵測鄰近恆星周圍的太陽系,這些技術或許能在未來十年內提供我們所需
的證據。

當我們環視銀河系,我們發現即使只在太陽周圍13光年方圓的區域內,就包含
三顆恆星,它們可能擁有行星系統,而且行星可能位在適合生命居住的區域。我
們名單上另外還有兩顆星恰好滿足條件,所以即使是銀河系中這麼小的恆星樣
本,可能也包含了像我們一樣的行星。這並不表示那樣的行星就一定會住有高度
文明,甚至不表示生命一定會在它的表面發展出來;這顯示的,是地球的確幾乎
不是獨一無二的。為了找到其它生命,我們複雜的搜尋工作必須推廣到離太陽系
更深遠之處。

p 400

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1. 地球和太陽系中其它的行星比起來,有哪些不同的特徵?你覺得其它行星系
統會不會也有至少一個旱地球類似的行星? 為什麼呢?

2. 如果地球突然移到金星的位置,你覺得地球會變得如何?

3. 天文學家有哪些證據顯示在銀河系中,太陽系是很常見的? 有哪些證據則
抵觸這個結論?

4. 假如鄰近恆星周圍真的有行星存在,為什麼偵測這些行星非常困難呢?人們
曾提出哪些方法來搜尋鄰近恆星周圍的太陽系? 你能想出其它的方法嗎?

5. 銀河系中最常見哪一種型態的恆星? 為什麼這類恆星和其它種恆星比起
來,比較不會擁有像地球一般的行星?

6. 何謂「生態圈」? 生物圈的大小和它所圍繞的恆星是屬於哪一種型態,有
何關連?

7. 在鄰近的恆星當中,哪一些最有可能擁有像地球般的行星? 為什麼呢?

8. 描述半人馬座α星的系統。若是居住在這個系統的兩個比較明亮的恆星之一
的旁邊的行星上,想像一下會是什麼情形?

9. 假設銀河系中大部分的恆星周圍都有行星,但是在1000顆恆星中只有一顆,
在其適合居住的區域中,存在了行星。如果平均而言,每一顆這樣的恆星在
適合居住區中都有一顆行星,那麼在銀河系的3千億顆恆星的周圍,應該有
多少顆行星存在適合居住區呢?

10. 拉開爾 (Lacaille)9352號星是一顆鄰近的恆星,光度只有太陽的1/100。
某行星要離它多近,才能夠在行星表面每平方公分,接收到有如我們太陽系
裡一樣的星球輻射?

p 401