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康奈爾大學物理教授賴東：我們希望找到系外生命
網易科技訊10月28日消息，2017未來科學大獎頒獎典禮暨未來論壇年會在北京舉行，網易科技作為戰略合作夥伴對未來論壇進行瞭全程直播。在天體物理研討會上，康奈爾大學天體物理教授賴東發表瞭主題演講《奇異系外行星》。在演講中，賴東介紹瞭尋找系外生命的最新進展。
他介紹，目前已經發現瞭3000多個太陽系的系外行星。根據現有的觀察，20%的像太陽的那些恒星，都擁有著存在生命的可能性，比如說有20%的像太陽這樣的恒星都有可能像地球這樣的大小的行星居住的可能性。接下來十年到二十年，天文學傢們有計劃去研究這些行星的大氣環境，去尋找生命信號。在這個過程中，還有一些難題需要解決。（溫泉）
以下為演講速記：
主持人：感謝季向東先生的精彩演講，我們有請賴東先生做主旨演講。
賴東：很高興跟大傢講一下地外行星的最新進展，我們首先回顧一下我們太陽系的情況，大傢很熟悉我們非常熱愛的太陽系，地球繞著太陽轉，一個單位，這個水星、冥王星等等。冥王星不是行星，是40個AU，這是我們的太陽系，當然大傢可能知道如今天文學傢不再考慮冥王星瞭。之所以大傢不考慮，是因為過去十年中，我們已經瞭解到有很多行星，他們圍繞著太陽的距離是比較接近的。有幾百個，幾千個。因為太小瞭。太陽系有三十個AU，有的行星離它有四十個AU，除瞭這一點來看我們看到很多的行星，這是我們今天瞭解的情況。
現在情況有一些變化，兩年前發現瞭一個變化，兩個天文學傢寫瞭一篇文章，有證據表明有另外一顆非常大的太陽系裡的行星，這個九號行星，他們積累瞭一些證據。很可能是一個新的行星，但是非常的遙遠，這樣一顆行星是地球的十倍大。是七百個AU，非常非常遙遠。因為太陽轉的周期是兩萬年，非常非常遠的一顆內地行星，我們得出什麼結論呢，剛剛我說過瞭，有很多的行星在整個天文系中，有一點像冥王星，有一些軌道橢圓。如果你看到數據的話可以看一下這個周期。
七八個非常多元性的，都是往一個方向，如果想一想隨機的橢圓，這個方向肯定是圓的，並不是全部放在一個方向，這是七八個橢圓軌道都是往一個方向靠，很奇怪，相當於一個牧羊人趕羊，把羊趕到一個圈裡。我們解決這個問題呢？可能會有另外一個非常非常大的行星在另外一個方向運行，通過他的引力可以把其他的小行星的軌道變成同一個方向，是不是真的存在呢？隻是一些假說當然也積累瞭一些證據，我們還不能完全的有把握。太陽系第九顆行星有大概十個地球大，七百個AU，我已經說過瞭。現在很多大的望遠鏡，在太陽系內這是一個非常新的行星，如果真的存在的話會是一個非常大的發現。
下面我們看一下太陽系之外的情況。系外行星的情況。在過去二十年當中我們可以看一下，二十年以前我們基本上不知道有任何一個，所有的都在太陽系圍著太陽轉，二十年前基本上沒有，二十年後，今天我們發現瞭三千多個行星，最近確認的，是在太陽系之外。此外，還有兩千顆侯選行星，他是可能存在的行星，還需要進一步的證據來研究。
所以，現在我們知道在太陽系裡面有很多的行星。這些發現有兩種方法，我們怎麼樣觀測，怎麼樣發現這些，因為行星非常弱，非常的暗，很難直接觀測，基本看不到，非常暗，非常遠，怎麼發現呢？有兩種方法，第一個是多普勒方法，這種方法怎麼運行呢？恒星也在運行，行星和恒星都在運行，有引力的作用。那我們看不到這個行星，行星是看不到的，因為太暗，但是我們可以看到它的主星，很亮。我們都知道有多普勒效應，多普勒就是，如果離你近的話會變得更加藍一點，遠離你的時候。如果你有一個非常，有強大的觀測的工具可以發現它有非常微小的位置變化，另外有瞬間的變化，有恒星，有行星圍繞著他轉。這是軌道，和你的視線方向一樣，這樣的話就是把光遮掉一些。十的負四次方，負五次方，我們必須做出非常精準的一個測量和探測。因為他的擺動幅度非常小，這是另外的方法。在過去五到八年，是非常成功的，在美國的宇航局運用得非常多，太空當中可以來進行很好的探測。這是兩種基本的方法，是大傢使用的，用來探測過去的行星探測。現在我們知道我們可以在太陽系裡還沒有對更多的恒星進行探測，但是我們知道在過去的幾年當中有最新的發現，在銀河系當中，每一顆恒星都能對行星，每顆恒星至少能對應一顆行星環繞，整個銀河系的行星非常多，因此銀河系裡面的行星非常之多。
為什麼重視所謂的星外行星呢？大概是10個光年，很遠，我們很難到那個地方去，但是有兩個原因，我們為什麼要重視這個系外行星，一個原因是宇宙生命，我們很感興趣。這是我們每個人都非常感興趣的問題。我們是不是唯一的生命存在？根據我們現有的觀察，我們知道20%的像太陽的那些恒星，都擁有著可能性，比如說我們有20%的像太陽這樣的恒星都有可能像地球這樣的大小的行星居住的可能性。大概一倍到兩倍之間，和地球大小差不多。
可能居住的也就是說，這些距離實際上跟它的宿主星非常的合適。太近的話這個表面溫度不能太高，距離太遠的話就會太冷，如果是潛在的居住點的話，必須是正確的主星，正確的距離，必須還有潛在的合適的溫度。具有潛在的可能性，20%的太陽這樣的恒星都有居住的可能性，大傢要問一個問題，我們是不是在這個星球上真的有生命呢，這是非常重要的問題。可能居住的行星是不是有生命呢，如果有的話是什麼類型的生命呢，是非常原始還是說高級文明。這些都是非常重要的問題，我們知道這是非常復雜的一個問題，還有很多的生物學傢都在探索它的生命起源，這是一個很難回答的問題。但是我們有這樣的計劃，包括天文學傢也有這樣的計劃，接下來十年到二十年，他們有計劃去研究這些行星的大氣環境，去尋找這樣的生命信號。這個行星大氣表面是不是有特別奇怪的生物的跡象和分子，可能會指征有生命。化學的品種會有一些氣體會因為生命的有機體所造成的，包括瞭氨氣甲烷等等，實際上這些有可能會指明在這樣一個行星上面有生命。當然瞭，如果當我們有這種類型的臭氧層的時候，一樣不能保證是不是有生命，比如說是什麼類型的生命，這些都是我們會持續的，在未來幾十年當中去探索的，而同時，我們還非常感興趣的是希望能夠有非常先進的文明，這已經在美國和世界個地都有瞭非常多年的變化瞭，尋求這種進步，而且在過去的幾十年都是如此的。基本上我們所使用的是不同的射電望遠鏡來尋求一些射電信號，他們是來自於外太空的不同地方，從而希望能夠去找到一些有智慧的生命中發出的信號，而這樣一個利用全球互聯網的計算機共同搜尋地外文明計劃的項目，實際上也獲得瞭非常多的融資，他們希望能夠通過這種射電望遠鏡來進一步的搜尋可能的，來自於外太空的智慧生命的信號。中國的這個FAST是五百米口徑的射電望遠鏡，這個方面可以去尋找一些設點信號，也是來自於外太空的智慧生命，我們希望在接下來幾年當中能夠繼續給我們帶來結果，接下來給大傢解釋另外一個原因，為什麼我們關註系外行星的探測，非常具有吸引力，但是究竟能不能發現生命，也許明天就發現瞭，也許很長時間。可能很久才能夠發現，所以實際上在天體物理的研究中，我們會能有新的視覺，所以知道這些行星行進過程的回答，我們的太陽系是否是唯一的。像天體物理的推動研究中子星閉合的過程，宇宙大爆炸，這都是離我們非常遙遠，我們無法做試驗，也不能產生任何經濟利益。
為什麼要研究這些事情呢？主要是因為我們希望知道到底宇宙是怎麼樣運行的，宇宙的方方面面又是如何相關的，這是我們另外一個需要研究的，接下來我給大傢舉一些例子，比如說這裡有三千多個已經被檢測到和確認的行星，這張圖上大傢可以看到行星的質量，這是縱軸所顯現出來的，橫軸上所展現出來的是和主星的距離，也是AU這個天文單位來進行計算的，一個AU就是地球與太陽之間的距離，大傢可以看到它有非常多的質量的可能性，或者是10的負20次方左右的地球的質量，0.01個AU到一百個AU，所以它跟太陽之間的距離有非常大的范圍，紅色的距離，大概是0.1個AU，有非常多的這種超級內地行星，所以銀河系當中就能看到這樣的狀態，我們到底學瞭什麼，並且能夠從這樣的系外行星當中能夠看到什麼樣的驚喜，以及天文物理學的角度我們瞭解瞭多少，第一個是我剛剛講到的，有非常多的系外行星，非常短的公轉周期。0.01，0.02，0.03的AU，是兩天，三天的距離，相比之下地球繞著太陽轉是一年的時間，365天的時間，這些行星本身的轉周期是幾天時間，非常近。所以很讓人吃驚，我們的這些行星是怎麼樣形成的，就是一個很大的問題，再給大傢舉一個例子，這是緊湊型的，由凱普勒所發現的系統，大傢可以看到水星、木星等等，相對來說凱普勒之一的體系他們非常的近來，離恒星近得多，基本上這樣一個緊湊的距離下，而且很多的這些都是超級類地行星的緊湊的體系，他們怎麼形成的，是一個很大的問題，我們並不預計有這樣的系統體系是可以形式的，但是它們卻存在，我們發現瞭，他們是怎麼樣形成的呢，我們是怎麼樣思考的呢，通常來講我們認為對於這樣的行星的形成是巨行星，在圓行星盤和在他的周圍，圓行星周圍有氣體和塵埃，他們實際上跟這些恒星就有很大的距離瞭，這樣的話這些星盤就足夠冷的溫度，從而讓他們更加有密度，這樣的話對於這些比較緊湊的體系和公轉周期短的。然後開始遷移，漂移，然後可以通過跟氣之間的拉力來進行，然後再牽引到小距離的這樣一個體系，這是有可能發生的，但是它的難題在於必須要停止這樣的漂移，如果說他們漂移的話會越來越快最後被太陽系吞食，所以必須要停止它漂移，怎麼樣停止漂移是一個大難題。另外一個難題，很多的這些剛才的介紹都是橢圓形的軌道，跟太陽系非常不一樣，太陽系是圓形的，非常清楚，非常幹凈的軌道，但是對外系外星系都是拉長的，橢圓形的軌道，這是怎麼造成的，也是一個難題，再跟大傢說另外一個難題，因為太陽系當中所有的行星實際上都是在平面上，一個方向上運轉，太陽實際上也會是自轉，並且按照公轉的方向運轉，但是對於系外行星是非常奇怪的形狀和幾何，他們的軌道是一個方向，但是恒星的自轉方向完全不一樣，甚至是反方向，這就是看到他們的自轉和公轉上的座位，這是非常大的難題，非常不合我們的平常的瞭解，我們跟大傢提另外一個例子，過去的五到十年之前所發現的，我們看到兩個星實際上這是需要兩顆橫星，雙星系統，我們發現它是存在的，並且現在有12，13個雙星系統他們都是行星繞著兩顆恒星來運轉，這樣的體系是怎麼樣運轉的呢，我們非常的頭疼，實際上離他的這個距離是很近的，如果把恒星甚至是放得近一點，就不會存在瞭，他們會直接的消失掉，是不會穩定的，這樣的行星存在，基本上是微乎其微的可能性存在在那裡的，但是存在，所以讓我們非常的頭疼，我們希望知道它是怎麼樣形成的，而且我們可以做仿真和去做一些相關的一些思考，所以我就因為時間關系先講到這裡，最近對於我們的恒星，希望對他們有新的發現，海鷗天文學歷希望在未來的幾十年要做的事情，我們還有很多要去理解的難題，當然瞭，長期來講我們希望找到生命甚至是可能在系外行星找到生命，謝謝。
本文來源：網易科技報道
責任編輯：侯維鋮_NT4124
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本文來源：網易科技報道
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