隨著人類對(duì)火星的探索與了解越來越深，科學(xué)家已經(jīng)在構(gòu)想著如何將人類遷移到這個(gè)地球的鄰居上生活，如何在這顆紅色的星球建造人類的居住環(huán)境。除了居住以外，我們還需要考慮飲食問題，畢竟“民以食為天”嘛。那么，我們移民火星上的話，都能吃什么?更多精彩盡在出國留學(xué)網(wǎng)!
太空食物的變化
今天，人們對(duì)太空食物的印象可能還停留在早期的太空探索時(shí)期，那時(shí)候的宇航員只能食用一些裝在軟管中的糊狀食物，如肉漿、果漿等，或是一些便于食用的成塊的或是冷凍干燥的食物。
實(shí)際上，隨著航天事業(yè)的發(fā)展，太空食物已經(jīng)大變樣了，如今，國際空間站的宇航員已經(jīng)能吃到漢堡、肉餅、甜點(diǎn)等多達(dá)170多種的主食、點(diǎn)心和飲料。雖然太空食物變化很多，而且口味也很豐富，但仍然保持比較單一的形式——干燥。宇航員只能利用加熱或者加濕的方式才能食用食物。
那么，既然有這么多的太空食物，是不是這些食物以及這種單調(diào)的食物形式就能滿足火星上的生活?
火星食物的科學(xué)探索
2013年，美國宇航局在夏威夷開展了一項(xiàng)太空探索模擬研究項(xiàng)目，該項(xiàng)目是基于2035年將人類送到火星生活的背景下展開的。研究人員在夏威夷的一座火山斜坡上建立一個(gè)小型穹頂實(shí)驗(yàn)室，模擬火星環(huán)境，探索生活在“火星”上的人的心理與生理健康等問題。
其中一項(xiàng)研究就與飲食有關(guān)。在實(shí)驗(yàn)室中，研究人員要利用儲(chǔ)藏室中的東西做一頓飯，其中主要包括一些耐儲(chǔ)存的食品，例如鰻魚罐頭、蛋晶體、小蘇打、扁豆、干的雞肉和牛肉等即食食品和凍干食品。該實(shí)驗(yàn)主要是為了測(cè)試兩種不同的烹飪模式的好壞利弊——即食模式和需要烹飪模式。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)宇航員更喜歡需要烹飪的蔬菜類食品，這些食物烹飪過程操作簡(jiǎn)便，味道也不錯(cuò)。
可是，火星上的土壤難以種植地球上的蔬菜，美國宇航局為此專門研究了如何在太空中培育蔬菜。他們制作了一個(gè)名為“蔬菜盒子”的植物生長(zhǎng)系統(tǒng)，“蔬菜盒子”大約有一個(gè)雙屜柜的大小，其內(nèi)有為蔬菜種子提供土壤和化肥的培育墊層和營養(yǎng)素，并在底部設(shè)計(jì)了特殊的灌溉系統(tǒng)，以解決太空中不能澆水的問題，盒子則利用一組LED燈為蔬菜種子提供光照。另外，盒子的特殊構(gòu)造還能從太空艙內(nèi)吸收熱量和二氧化碳，為蔬菜種植構(gòu)造了一定的生態(tài)循環(huán)。
這個(gè)“蔬菜盒子”已經(jīng)收獲了一種深紅色的生菜，只需要無毒的紙巾擦干凈就能食用了。如今，美國宇航局正在利用這個(gè)特殊的植物生長(zhǎng)系統(tǒng)對(duì)其他的蔬菜進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，如胡椒、蘿卜、西紅柿等，以此來觀察這個(gè)生長(zhǎng)系統(tǒng)是否適宜大多數(shù)蔬菜的生長(zhǎng)，為以后火星居民的飲食提供可靠的幫助。
火星生態(tài)環(huán)境的探索
“蔬菜盒子”為美國宇航局的火星之旅創(chuàng)造一個(gè)“生物再生生命保障系統(tǒng)”提供了基礎(chǔ)。這是一個(gè)類似小型地球的人工生態(tài)系統(tǒng)，在里面的人與物的行為互動(dòng)就像在地球一般，人類呼出二氧化碳，植物群則吸收它促進(jìn)自身的生長(zhǎng)，從而為人類提供人體所需的礦物質(zhì)和維生素。
不過，“蔬菜盒子”沒有辦法大規(guī)模擴(kuò)展，難以滿足未來大量火星居民的飲食。因此，科學(xué)家設(shè)想未來在火星構(gòu)建一個(gè)能循環(huán)作用的生態(tài)環(huán)境。
事實(shí)上，在地球上還是有一些區(qū)域的環(huán)境與火星類似的，這些區(qū)域?qū)?gòu)建火星生活圈的研究起到了很重要的作用。在美國猶他州就有一塊被稱為“圣拉斐爾膨脹”的區(qū)域，這是地球上少有的能體驗(yàn)火星地貌環(huán)境的地方，那里遍布著峽谷、平頂山和山丘，其鮮明的景觀結(jié)構(gòu)與火星地貌有著驚人的相似之處。
因此，美國宇航局在該區(qū)域成立了一個(gè)火星沙漠研究站，旨在模擬火星環(huán)境的各方面條件(如晝夜溫差大、空氣有毒、地質(zhì)土壤不能種植任何植被等)，幫助科學(xué)家研究如何在火星上生活。這是一個(gè)高11米、直徑8米的兩層圓柱形棲息地，樓下是科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室，樓上分布著生活區(qū)、社交區(qū)和一個(gè)小廚房。值得注意的是，該棲息地由一個(gè)地上洞穴通道連接著一個(gè)溫室，這個(gè)溫室里覆蓋著火星土壤的復(fù)制品——火山灰中的鐵銹色塵土，里面嘗試著種植了胡蘿卜、啤酒花、藜麥、洋蔥、香菜和羅勒等植物。
溫室與人類生活站構(gòu)成了一個(gè)較為類似地球上的人與植物的互動(dòng)生態(tài)環(huán)境，為未來的火星居民日常生活圈的建立提供了充分的論證基礎(chǔ)。實(shí)際上，這些只是地球模式在火星上的復(fù)制，而真正的火星飲食是怎樣的還有待科學(xué)家深入的觀察與研究。
與地球一樣四季分明的火星
在那遙遠(yuǎn)的數(shù)千萬公里之外，一顆紅色的行星正在吸引著無數(shù)天文學(xué)家熱情期盼的眼光，那就是火星——在地球運(yùn)轉(zhuǎn)軌道外側(cè)的陪伴了我們億萬年的鄰居?；鹦鞘浅鹦侵怆x地球最近的行星，與地球的距離在5570萬公里～12000萬公里之間。
火星與地球之間盡管相隔數(shù)千萬公里的空曠空間，卻與地球有著很多神秘的共同之處：它也是一顆固態(tài)的巖質(zhì)行星，半徑大約是地球的一半，但體積大約只有地球的1/7;火星上也有兩個(gè)白色皚皚的極冠，這兩塊區(qū)域冬季增大、夏季消融縮小，與地球極為相似。此外，火星上面也同樣有高聳的山脈、幽深的峽谷、飄蕩的白云、怒吼的風(fēng)暴，它與地球一樣也是四季分明，甚至一天也是24小時(shí)。因此，它被人們稱為地球的“孿生兄弟”，與地球一起被認(rèn)為是太陽系內(nèi)生命可棲居區(qū)域。
僅僅在100多年前，人們還普遍相信火星上存在高級(jí)智慧生命，有關(guān)“火星上的運(yùn)河”、“火星人大戰(zhàn)”、“火星上的獅身人面像”等等的猜測(cè)與幻想很多年來一直不絕如縷。但人們對(duì)火星的了解越多，人們的失望也就越大。自從上世紀(jì)60年代以來，人類已向火星發(fā)射了30多個(gè)探測(cè)器，不僅沒有找到智慧生命的蹤跡，而且連最簡(jiǎn)單的微生物也沒有找到。火星探測(cè)器帶給我們的訊息是：火星是一個(gè)布滿了大小石塊的沙漠星球，其表面是一片荒涼、寒冷和死寂的世界，沒有一絲生命的氣息!
這顆與地球如此相似的星球?yàn)楹巫罱K沒有像地球那樣孕育出紛繁復(fù)雜的生命?在數(shù)十億年前的早期，它有過生命活動(dòng)的跡象嗎?如果有，那么是什么原因使生命的進(jìn)程被打斷?更深層的問題是：在廣闊的宇宙中，只要是與地球相似的星球，就必然會(huì)產(chǎn)生生命嗎?如果真是這樣，那么火星為什么給我們提供了一個(gè)反證?生命究竟是偶然還是必然?通過對(duì)火星和地球截然相反的命運(yùn)的比較，我們或許能夠更好地揭開宇宙生命之謎。
兩顆洪水泛濫的星球
50億年前，在銀河系一個(gè)旋臂上，有一塊星際氣體云坍縮了。這次宇宙中毫不起眼的坍縮事件最終創(chuàng)造了宇宙亙古未有的奇跡——智慧生命。這塊星際氣體云核心的溫度很快上升到1000萬K，接著燃燒成一顆黃色的恒星——這就是我們的太陽。圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的大量宇宙塵粒依靠引力逐漸聚集成團(tuán)，然后形成了太陽系的九大行星，其中有兩個(gè)相互靠得很近、稟性相同的兄弟——地球與火星。
在誕生之初，這兄弟倆都遭遇了相同的命運(yùn)。初生太陽系內(nèi)有無數(shù)大大小小的巖石在四處游蕩，肆意撞擊著尚在襁褓中的行星。巨大的碰撞對(duì)這兩顆行星來說都是家常便飯，每月至少發(fā)生一次。碰撞后拋射出去的煙霧與塵埃遮天蔽日，籠罩在行星上空，久久不能散去。據(jù)估計(jì)，在太陽系行星形成后，隕石風(fēng)暴前后延續(xù)了約7億年。直到今天，在砂礫遍地、荒涼沉寂的火星表面，還遍布著遭隕星襲擊后形成的坑坑洼洼，但地球上的隕石坑已被長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)蝕和水蝕消磨掉了。
那時(shí)，兩顆行星都是沒有水、沒有生命、漆黑一團(tuán)、異常酷熱的行星。乍看起來，它們都沒有形成生命的可能性。
然而，隕石通常都含有豐富的水分，正是這持續(xù)了數(shù)億年的隕石風(fēng)暴為兩顆行星帶來了最初的水氣。隨后，兩顆熾熱的星球都經(jīng)歷了頻繁的火山活動(dòng)?；鹕奖l(fā)時(shí)，巖漿鋪滿了較低的盆地，大量氣體從巖漿中釋放出來，與隕石留下的水氣混合，在兩顆行星上空形成了飽含水分的原始大氣層。原始大氣層形成以后，隨著兩顆行星的溫度逐漸降低，某些氣體就會(huì)冷凝成雨，分別在兩顆星球上產(chǎn)生了最早的海洋。
火星因?yàn)樵诘厍虻耐鈧?cè)，受到隕石的撞擊比地球還多，得到的水氣也比地球多得多。因此，火星早期的水比地球豐富得多。據(jù)估計(jì)，火星上海洋的深度曾經(jīng)平均可達(dá)10萬米深，比現(xiàn)在地球海洋平均5000米的深度要深出20倍。
作為火星上曾經(jīng)洪水泛濫的證據(jù)，火星表面現(xiàn)在布滿了縱橫交錯(cuò)的溝壑，很可能是干涸的河床。它們多達(dá)數(shù)千條，長(zhǎng)度從數(shù)百公里到 1萬公里以上，寬度也可達(dá)幾公里到幾十公里，蜿蜒曲折，極為壯觀。它們主要集中在火星的赤道區(qū)域附近。河床的存在使科學(xué)家們認(rèn)為，現(xiàn)在干燥異常的火星曾經(jīng)有過大量的水。而火星兩極至今仍有殘存的干冰和水冰，這些水冰如果全融化，可在火星表面形成10米的均勻水層。
生命的曙光同時(shí)出現(xiàn)
在數(shù)億年不斷絕的隕石雨中，與水分子相伴同行的是孕育生命的有機(jī)分子，它們不僅投向了地球的懷抱，也同樣投向了火星的懷抱——在太陽系初期變化劇烈的環(huán)境中，生命的曙光同時(shí)出現(xiàn)在火星與地球上。
這些有機(jī)分子是生命的“種子”，它們需要什么樣的條件才能在一個(gè)星球上生根發(fā)芽、茁壯成長(zhǎng)呢?
液態(tài)水是生命產(chǎn)生的先決條件，其它都是次要的。因?yàn)樗苋芙飧黝惢瘜W(xué)物質(zhì)，使分子能親密接觸，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，制造生命所需蛋白質(zhì)，并能運(yùn)輸養(yǎng)分，排泄廢物。更重要的是，水能被分解成氫和氧，直接參與生物化學(xué)分子反應(yīng)，成為生命不可或缺的一部分。
別的液體能代替水嗎?土星的土衛(wèi)六上有石油類海洋，海王星的海衛(wèi)一上有液態(tài)氮海洋，別的行星上還有硫酸、液態(tài)氨、液態(tài)甲烷等海洋。但這些液體參與基本生命化學(xué)反應(yīng)的能力有限，更談不上參加制造復(fù)雜的蛋白質(zhì)和遺傳基因了。
因此，維持生命，一定需要水，離開水，生命就無法起源和演化。以“水淋淋”來形容生命核心和組織環(huán)境，最恰當(dāng)不過。作為典型例證，我們知道，人體內(nèi)有70%是水分，即使是地球上最簡(jiǎn)單的生命大腸桿菌，水也占其總重量的70%。
水與生命的分子同時(shí)落到兩個(gè)星球上，這一切表明，在創(chuàng)造生命的歷程中，火星與地球曾站在同一起跑線上。但火星與地球生命故事的相同之處，至此結(jié)束。從這點(diǎn)起，火星與地球開始分道揚(yáng)鑣，各奔前程。
火星上水與氣的大逃亡
太陽系共有四大顆巖石行星——水星、金星、地球與火星，火星是距太陽最遠(yuǎn)的巖石行星。火星之外，是小行星帶，再向外走，除冥王星外，其余的木星、土星、天王星、海王星皆為巨無霸的氣體行星。木星強(qiáng)大的引力很可能掠奪了火星軌道上的部分原始材料，使它先天營養(yǎng)不良，長(zhǎng)成一個(gè)有厚厚的地殼和像小鐵球一樣的核心的小矮個(gè)。由于天生瘦弱，火星在與地球進(jìn)行的生命競(jìng)賽中，很快就處于下風(fēng)。
40多億年前，初生火星的材料正在進(jìn)行大分化，重金屬類如鐵等，向火星地心沉積，輕的物質(zhì)如二氧化碳、水等，向火星地表之上浮離，而大量氫氣因?yàn)樽钶p，所以一直竄升到外大氣層。由于瘦弱的火星其重力場(chǎng)僅為地球的38%，平均逃逸速度僅需約每秒5公里(相比之下，地球的平均逃逸速度為每秒11.2公里)，因此火星上的氫氣在初生太陽猛烈的紫外線照射下，取得足夠的能量，很容易就達(dá)到脫離火星的速度，一去不復(fù)返。眾多逃離的氫原子匯合成一股巨大的朝火星外噴射的氣流，還同時(shí)拖走了更多的其它成分的大氣，造成火星大氣集體逃亡潮。
數(shù)億年的隕石雨給火星帶來了大量的水，但這些水來得快，去得也急，很快又被火星大氣裹挾著逃向太空。每次隕石碰撞火星，雖然也帶來一些水，但其產(chǎn)生的能量也使火星上原有的水大量汽化，并激起一股高速反彈的氣流，輕易逃離火星。更厲害的是隕石以接近切線的角度撞上火星，火星像是在胃部被重重?fù)羯弦蝗蛲馓兆龀榇ば辕偪翊髧I吐。專家稱這種由隕石碰撞造成的行星水損耗現(xiàn)象，為碰撞侵蝕。很可能，在最初的7億年中，火星處于既是大得水又是大失水的時(shí)期。
38億年前隕石風(fēng)暴停止，火星得水率和失水率都在減緩，但火星大氣仍在綿綿不斷地逃亡。最終，整個(gè)火星的大氣壓降成僅為地球的1/150，在這么低的大氣壓下，火星表面液態(tài)水無法存在，其一點(diǎn)殘存的水分只能轉(zhuǎn)入地下，或成為深藏不露的地下水，或變成地下永凍層。而火星地表則變得永遠(yuǎn)荒涼干燥。
幾十億年下來，小矮個(gè)火星根本無法保住自己的大氣層，氣壓低，則大氣吸熱和存熱能力低，天寒地凍，地表液態(tài)水消失。強(qiáng)烈的紫外線與各類宇宙射線長(zhǎng)驅(qū)直入，把地表消毒得干干凈凈，連有機(jī)分子都被分解怠盡，不復(fù)存在。即使生命能耐高溫、高壓、無氧、高堿、超咸的環(huán)境，但是卻無法抗拒高輻射能量。輻射能打入細(xì)胞內(nèi)核，擊斷遺傳基因長(zhǎng)鏈，扼殺生命復(fù)制演化的契機(jī)。因此，數(shù)十億年前火星上的生命，至今恐怕早已灰飛煙滅，或變成化石，或深藏地下，不再露面了。
生機(jī)勃勃的地球
而地球是幸運(yùn)的，它恰倒好處的引力維系住了原始的大氣層和液態(tài)水。但早期地球的環(huán)境也極為惡劣，隕石風(fēng)暴過后，火山活動(dòng)活躍、硫磺濃湯漫流、地表灼熱、閃電頻頻，沒有一點(diǎn)氧氣。今天絕大部分地球生物，是無法在那個(gè)環(huán)境中生存的。
但生命的頑強(qiáng)正表現(xiàn)在這里。從天上來的簡(jiǎn)單的有機(jī)分子，在氮、碳、氫氣體豐富、溫暖潮濕的環(huán)境下，首先進(jìn)化出來的是厭氧古細(xì)菌，它們生活在90℃以上，吸收硫、氫、二氧化碳等化學(xué)能量生長(zhǎng)繁殖，如果溫度低于80℃則停止生長(zhǎng)。因此它們具有耐高溫、喜硫磺和甲烷等古怪個(gè)性，適應(yīng)了當(dāng)時(shí)異常惡劣的環(huán)境——最初的生命在地球上站穩(wěn)了腳跟。
然后，地球生命的轉(zhuǎn)折時(shí)刻到了，肩負(fù)著偉大轉(zhuǎn)折使命的是一種早已消亡的古細(xì)菌——氰細(xì)菌。它首次使用太陽能進(jìn)行光合作用，攝取二氧化碳，吐出氧氣，此后對(duì)地球大氣持續(xù)加氧10億年，徹底改變了地球原有的大氣成分，也永遠(yuǎn)改變了地球的未來命運(yùn)。它們?yōu)槲磥砀呒?jí)更復(fù)雜的喜氧生命披荊斬棘，開創(chuàng)了嶄新的環(huán)境，而自身卻不幸葬身于這個(gè)環(huán)境。地球生命史上最悲壯的一幕——“氧的大屠殺”，使第一代地球生命古細(xì)菌幾乎全部滅絕，目前只有一點(diǎn)殘余躲在深海海底。
氰細(xì)菌的偉大獻(xiàn)身換來了地球上湛藍(lán)的天空，當(dāng)氧氣充溢著地球天空時(shí)，地球生命開始了一個(gè)長(zhǎng)達(dá)30余億年的波瀾壯闊的進(jìn)程。
在火星與地球的生命競(jìng)賽中，地球最終成為勝利者，孕育了萬千生命，并成功地誕生了高級(jí)智慧生命，現(xiàn)在已是一個(gè)生機(jī)勃勃、充滿活力的行星;而小個(gè)子火星則因氣力不支，很快就退出了競(jìng)爭(zhēng)，現(xiàn)在成為一個(gè)萬籟俱寂、死氣沉沉的行星。
這兩顆星球的生命故事告訴我們：生命誕生所依賴的條件是極為苛刻的，即使是像火星這樣同地球如此相似的星球，其艱難的生命歷程也半途停頓，那么，在宇宙其它地方，生命產(chǎn)生發(fā)展的可能性又有多大呢?
行星上一無所獲
許多科幻作品常常會(huì)提到，在某一顆遙遠(yuǎn)的衛(wèi)星上住著外星人。例如，《星球大戰(zhàn)》里郁郁蔥蔥的森林衛(wèi)星恩多，《阿凡達(dá)》里美得令人窒息的衛(wèi)星潘多拉，而恩多和潘多拉都還圍繞著一顆類似木星那樣的氣態(tài)巨行星。不過在現(xiàn)實(shí)中，我們連一顆太陽系以外的衛(wèi)星(系外衛(wèi)星)都沒有找到。
不過在過去的20多年里，天文學(xué)家花了很大的精力來尋找類似于地球的系外行星。這是因?yàn)槲覀兩钤谛行巧?，所有大家估?jì)外星人更有可能生活在類似地球的行星上。2009年，美國宇航局還發(fā)射了開普勒太空望遠(yuǎn)鏡，專門用來尋找類地行星，目前它找到的并被證實(shí)的系外行星已經(jīng)超過了1000顆。那么，開普勒太空望遠(yuǎn)鏡是如何搜尋系外行星的?
事實(shí)上，開普勒太空望遠(yuǎn)鏡通常不能直接看見這些系外行星。不過，當(dāng)一顆行星在觀測(cè)者面前經(jīng)過其環(huán)繞的恒星時(shí)，會(huì)遮擋住光線。這樣，探測(cè)到的恒星亮度會(huì)周期性地變暗。這種現(xiàn)象叫做“凌星”。開普勒太空望遠(yuǎn)鏡主要探測(cè)凌星現(xiàn)象，以此來找到系外行星。
對(duì)類似于地球的系外行星的搜尋仍在繼續(xù)。不過，如果想找到外星生命或適宜居住的星球，尋找系外衛(wèi)星反而更有希望。為什么會(huì)這樣?
以量取勝的系外衛(wèi)星
主要的一個(gè)原因是系外衛(wèi)星數(shù)量多。例如，我們的太陽系只有8顆主行星，而適宜居住的僅有一顆，但是太陽系已發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星總數(shù)就有168顆。所以在太陽系之外，衛(wèi)星的數(shù)量肯定多于行星的數(shù)量，因此，合理的推論是適宜居住的衛(wèi)星數(shù)量也會(huì)更多。
另外，要尋找外星生命應(yīng)該去宜居帶中尋找(宜居帶是行星系統(tǒng)中一個(gè)溫度適合形成穩(wěn)定液態(tài)水的范圍，而液態(tài)水常常被看成生命的必需物)。不過，開普勒太空望遠(yuǎn)鏡所發(fā)現(xiàn)的處在宜居帶上的系外行星大部分都不是類似地球那樣的巖石行星，而是類似于木星那樣的氣態(tài)巨行星。氣態(tài)巨行星通常被認(rèn)為不適合生命居住，不過圍繞它們的巖石衛(wèi)星卻很有可能變?yōu)橐粋€(gè)適宜生命生存的地方。
難尋的系外衛(wèi)星
看起來，我們應(yīng)該努力去尋找系外衛(wèi)星。不過找到系外衛(wèi)星卻是一件很難的事情，主要的原因是它們大都太小了。衛(wèi)星必須足夠大，凌星時(shí)才能對(duì)恒星亮度起到足夠大的附加影響。我們的太陽系中最大個(gè)兒的衛(wèi)星是木衛(wèi)三和土衛(wèi)六，它們的半徑大約是地球的40%左右。如果這種尺度是宇宙中最常見的，那么它們剛好超出了開普勒太空望遠(yuǎn)鏡的探測(cè)范圍。
不過，即使系外衛(wèi)星足夠大，發(fā)現(xiàn)它也是一件很難的事情。行星凌星時(shí)，恒星亮度會(huì)周期性地變暗，不過如果有一顆衛(wèi)星圍繞著行星，那么這顆衛(wèi)星可能有時(shí)會(huì)位于行星的背后，有時(shí)會(huì)位于行星的前方，有時(shí)會(huì)位于行星的一側(cè)，對(duì)恒星亮度產(chǎn)生的額外影響會(huì)很無常。這種無規(guī)律的影響，使得天文學(xué)家很難直接判斷這是由衛(wèi)星引起的，還是其他因素引起的。
尋找系外衛(wèi)星
不管多么難，也無法阻止天文學(xué)家尋找系外衛(wèi)星的熱情。天文學(xué)家想到的首要辦法，就是找到一種檢測(cè)算法，來從凌星現(xiàn)象中細(xì)微的影響里分析出是否存在系外衛(wèi)星。
來自美國哈佛-史密森天體物理學(xué)中心的戴維·基平以及他的同事正刻苦地研究，如果行星擁有一顆衛(wèi)星，衛(wèi)星對(duì)行星的凌星會(huì)產(chǎn)生哪些具體的影響，例如衛(wèi)星對(duì)凌星所發(fā)生的時(shí)間以及持續(xù)的時(shí)長(zhǎng)的影響，以及衛(wèi)星的引力對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的影響等等。然后，他們?cè)購拈_普勒太空望遠(yuǎn)鏡所獲取的數(shù)據(jù)里尋找線索。
現(xiàn)在，基平等人利用了美國宇航局的“昴宿星團(tuán)”超級(jí)計(jì)算機(jī)，對(duì)57個(gè)行星系統(tǒng)進(jìn)行了分析，他們希望在2015年年底前能完成300個(gè)行星系統(tǒng)的分析。他們所研發(fā)的技術(shù)已足夠靈敏，當(dāng)完成這次分析時(shí)，他們應(yīng)該能夠發(fā)現(xiàn)足夠多的系外衛(wèi)星。
而來自加拿大麥克馬斯特大學(xué)的勒內(nèi)·海勒的研究表明，一顆有木星好幾倍大小的行星，可以擁有一顆火星那么大的衛(wèi)星，而開普勒太空望遠(yuǎn)鏡有能力發(fā)現(xiàn)這么大的衛(wèi)星。海勒所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組已經(jīng)開發(fā)出一種技術(shù)，通過比較同一顆行星多次凌星引起的恒星亮度的變化，來尋找出任何可能存在衛(wèi)星的跡象。他們正申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)，準(zhǔn)備去利用開普勒太空望遠(yuǎn)鏡獲取的數(shù)據(jù)來尋找系外衛(wèi)星。
2015年6月，美國德克薩斯大學(xué)的華金·諾約拉卻另辟蹊徑，開始去監(jiān)聽系外衛(wèi)星所發(fā)出的聲音。這聽起來有點(diǎn)不可思議，但是木星中具有電離層的衛(wèi)星穿過木星的磁場(chǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生無線電波，所以諾約拉希望系外衛(wèi)星也能如此。系外衛(wèi)星的無線電波抵達(dá)地球時(shí)會(huì)十分弱，所以諾約拉決定試著監(jiān)聽波江座ε星b(一顆離地球有10光年左右的行星)是否會(huì)擁有產(chǎn)生無線電波的衛(wèi)星。他還決定去監(jiān)聽附近其他兩顆恒星，僅僅是碰碰運(yùn)氣，雖然在那里還沒有發(fā)現(xiàn)系外行星。
不管怎樣，天文學(xué)家大都認(rèn)為只需再過幾年，就可以找到一顆系外衛(wèi)星。
遠(yuǎn)離宜居帶的系外衛(wèi)星
但這只是艱苦任務(wù)的開始。最重要的是，我們得知道系外衛(wèi)星是否適合生命生存。它們擁有液態(tài)水嗎?它們的大氣中會(huì)有氧氣嗎?
但是如何知道系外行星的大氣成分，這是一個(gè)棘手的問題。知道遙遠(yuǎn)的行星的大氣成分，最好的辦法則是觀察它所反射的星光的光譜，因?yàn)榇髿庵刑囟ɑ瘜W(xué)元素會(huì)吸收特定的譜線。但是，一顆系外行星如果足夠溫暖，表面有穩(wěn)定液態(tài)水的話，它必然很靠近恒星，這意味著它所反射的星光通常淹沒在恒星本來的星光之中。
但上述情況并不適用于所有的衛(wèi)星。一些圍繞氣態(tài)巨行星的系外衛(wèi)星即使離恒星比較遠(yuǎn)，處在傳統(tǒng)定義的宜居帶之外，也可能仍具有適宜生命存在的條件。這是因?yàn)樗鶉@的氣態(tài)巨行星會(huì)給衛(wèi)星帶來額外的熱量，例如，反射光以及熱輻射等。
另外，衛(wèi)星還會(huì)從潮汐加熱的作用中獲得更多的熱量。在擁有多個(gè)衛(wèi)星的系統(tǒng)中，不斷變化的引力會(huì)不停地拉伸和擠壓衛(wèi)星，造成摩擦并在衛(wèi)星內(nèi)部產(chǎn)生巨大的熱量。而這種效應(yīng)足以使得衛(wèi)星即使離恒星很遠(yuǎn)，表面也可以存在穩(wěn)定的液態(tài)水。
例如，如果一個(gè)冰封的衛(wèi)星離它所圍繞的行星足夠近，強(qiáng)烈的潮汐力可能會(huì)融化冰，但由此產(chǎn)生的水和泥漿會(huì)更容易變形，它們產(chǎn)生的熱量更少，衛(wèi)星就不會(huì)繼續(xù)變得更熱并燒干所有的水。另外，一部分水反而會(huì)結(jié)成冰。這樣，在一個(gè)被潮汐加熱的衛(wèi)星表面上就可以穩(wěn)定存在大量的液態(tài)水。
大一些的被潮汐加熱的衛(wèi)星，如果離恒星足夠遠(yuǎn)的話，它們發(fā)出的紅外線可能會(huì)變得可測(cè)。這樣，天文學(xué)家可以不需要任何復(fù)雜的檢測(cè)算法，只需紅外天文望遠(yuǎn)鏡就可很容易找到它們。而且，紅外天文望遠(yuǎn)鏡還有機(jī)會(huì)從接收到的紅外線中直接分析出衛(wèi)星的大氣成分，例如可以分析出大氣是否含有二氧化碳或甲烷。
但即使如此，現(xiàn)在所有的紅外天文望遠(yuǎn)鏡都還不足夠強(qiáng)大。例如，美國宇航局在2003年發(fā)射的斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡是當(dāng)前太空中最大的紅外望遠(yuǎn)鏡，但只能看到離地球幾百光年內(nèi)的溫度超過700°C的系外衛(wèi)星。不過，美國宇航局準(zhǔn)備在2018年發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，它將能看到離地球更遠(yuǎn)的、溫度在27°C左右的系外衛(wèi)星。
這一切意味著，我們可能會(huì)很快地找到適宜居住的衛(wèi)星。不過，不要過分期待能發(fā)現(xiàn)外星生命，所有關(guān)于系外衛(wèi)星是否適宜生命生存的觀點(diǎn)都還只是猜測(cè)，直到我們真的發(fā)現(xiàn)系外衛(wèi)星。但如果太陽的行星系統(tǒng)在宇宙中是很普遍的天體系統(tǒng)的話，那么要想找到外星生命，我們就應(yīng)該把重點(diǎn)放在系外衛(wèi)星上。而現(xiàn)在，“衛(wèi)星獵人”正在行動(dòng)。
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