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媒体:我们要如何研究那些地外行星的性质?除了观察凌日行星(transiting planet),难道就没有其他方式了吗?
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迪米特尔·萨塞洛夫:我们对此思考了很多,因为我们现在的研究基金就用在这上面。实际上,有一个特别小组的任务就是去仔细思考这个问题,下面是他们现在写进报告里的指导方针的一部分。他们想要两条平行的路径。其中一条就是现在使用的旧方式,是在几年之前提出来的,叫作“类地行星发现者”(Terrestrial Planet Finder,TPF),就是直接进行天文成像,这依然是可行的,但是在技术上可能需要更长的时间。直接成像,意思就是你并不需要直接成像行星的表面,但是你要把行星与恒星分开来成像,而且你能通过这种方式获得光谱信息,还有行星表面的一些信息:如果行星在旋转,那么你就会看到差异,这种差异可以解读为行星表面的信息。
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但同时,从技术上来说,这比去寻找和研究凌日行星要好得多。因为凌日行星让你不仅可以去发现这颗行星,而且,一旦你发现了这颗行星,你就能精确地计算出它的质量和半径。我说的“精确地”,意思是指精准度能够到达1%、2%、3%,这就已经相当精确了。这也能让你测量出这颗行星的平均密度。最后结果表明,这个平均密度还能告诉你,这颗行星是否确实是一颗小的像海王星那样的行星,也就是说,它掩藏得像一颗超级地球,但事实上它是富有气体而没有固体表面的行星。或者还可以告诉你,这是一颗像地球这样的超级地球,是地球的一个版本,只是比地球更大而已。一旦你完成了这个测量,接下来你就可以利用这个测量,不管是当这颗行星在恒星面前(这就被称为一次“凌日”)的时间段里,还是当这颗行星在恒星后面(这被称为一次“日食”)的时间段里。
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在第一种情形里,如果你通过传动装置测度大气层里的气体,这就像是穿过了这颗行星的大气层;在第二种情形里,如果你测量这颗行星的表面特征,这些表面特征会带给你一张表面的地图。如果你是用红外线测量的话,它就是一张彩色地图,如果你是用光学测量的话,它就是一张反照率地图。现在从技术上来看,对一颗超级地球做这样的测量是可能的,比如说,利用已有的斯皮策(Spitzer)太空望远镜。这也确实是我们正在投入资金的地方,而且我们希望美国航空航天局(NASA)把资金投入到另一个方法上,也就是“类地行星发现者”上。
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媒体:这样做的前景是什么?也就是能够测量一颗超级地球的大气层并且能够说:“嘿,这个东西看起来就像是它拥有一个远离化学均衡的大气层,那里存在氧气。”一定有什么东西让你们感兴趣,并且说这个东西看起来就像是一颗拥有生命的行星。那样做的前景是什么呢?
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迪米特尔·萨塞洛夫:我们认为在5~10年内(从现在这一点来看,5年的可能性会更大),事情就会在这个方向上发展。如果我们足够幸运的话,它会在一两年之内出现。去探索大量超级地球的项目已经开启了。对流旋转和行星横越任务(CoRoT)就是其中一项,但是美国航空航天局的开普勒计划也是做这个的,还有几个才刚刚开启,或者说正在建设当中,这将会产生足够多供你们挑拣的超级地球,并且你们会说:“现在我终于有几颗可以详细研究的超级地球啦!”但是在10年之内,我们会发现一整个陈列室那么多的超级地球,这不仅只是一个里程碑而已。
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弗里曼·戴森:你们会关注哪些分子?
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迪米特尔·萨塞洛夫:任何我们看到的分子都会去关注。总的来说这个想法就是,去拥有足够的信息能够让我们看到它们的信噪比(signal-to-noise)。但我们不会去分解那些分子,因为大多数分子都有宽光谱特征,这只关乎信噪比。我们会试图去理解我们所看到的,就我个人而言,这也是我参与生命起源研究的原因之一。因为我认为,如果我们拥有这个光谱的集合和超级地球的地图,但是又不能去回答:“你认为这颗行星上有什么东西是化学的,或者是生物学的?”这样的问题,那我一定会很尴尬。
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弗里曼·戴森:你们能发现氧气和氮气吗?
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迪米特尔·萨塞洛夫:其实氧气和氮气更容易被发现。部分是通过它们的代表物,也就是二氧化碳和元素。这些都是分子。
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媒体:如果你们从一颗超级地球上去观察地球,你们能检测到我们所做的破坏环境的事物吗?比如二氧化碳的大幅度增加?
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迪米特尔·萨塞洛夫:可以,已经有人在做这样的研究了,部分是为类地行星发现者计划做的准备。最强的指标是臭氧的存在,它是游离氧,同时还有大量甲烷的存在。这种失衡会让你相信,某些不同寻常的事情正在发生,而且不能被我们已经理解的整体行星循环系统再现。更容易做的是去完善整体行星循环的参数空间,比如碳周期和硫循环。而且可以说,我们完全处于那个参数空间之外。这也意味着,你无法解释任何由那些循环控制的大气层的气体之间的组合。所以通过排除法,你就能看到这里的不同寻常之处。但是从那个视角来看,我对宜居行星的估算是,我们星系里有1亿颗,但是其中排除了地球。按地球现在的样子来看,它并不是很适宜居住,对于复杂的化学物质而言,这是一个很不利的环境。
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弗里曼·戴森:但是,如果你们用这种方式来观察地球的话,会不会有足够的元素被检测到?
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迪米特尔·萨塞洛夫:没有,从这个意义上来说,地球确实是一个相当困难的案例。
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克雷格·文特尔:所以,如果抛开宗教的影响,我们能不能仅仅从逻辑上假设从这里的生命到统计基础的推断?你们知道,也就是说,我们可以从任何地方发现这种推断?
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迪米特尔·萨塞洛夫:是的,我会说微生物是很有可能的,也就是那一类的复杂化学物质,更重要的事情是,我们将会有证据做出一些明智的推论。
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弗里曼·戴森:是的,它会在任何一个阶段陷入僵局。我想,你们要去创造出核蛋白体的那个阶段,可能就是你们最容易陷入僵局的阶段。
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塞思·劳埃德:尽管这看起来在地球上发生得更急剧一些。
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迪特尔·萨塞洛夫:我对在座各位提出的一个大问题就是:“我们能否通过排除法来完成?”我们能不能再次发展出如此完善的化学物质的参数阶段,我可以从现在开始,利用8年时间来观察那50颗行星,并且弄清楚在那些行星地表和大气层里的所有事物,但是有一颗完全没有那些事物。我们会发现,这脱离均衡了,这不能简单地用物理学和化学来解释了。这一定是某种更复杂的东西,是潜在的生命。我们能做到这样吗?
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克雷格·文特尔:肯·尼尔森(Ken Nealson)对这些问题已经思考过很多了,他是“火星样本取回任务”的项目科学家,他说过,首先要寻找的东西就是磷酸键(phosphate bond)。就我们所知,磷酸键本身就是生物学上生命的最大信号。
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弗里曼·戴森:要去寻找我们所了解的生命,或者也可能是我们不了解的生命。
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克雷格·文特尔:也许要从我们所了解的开始。
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乔治·丘奇:检测到磷酸键很困难吗?
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迪米特尔·萨塞洛夫:非常困难。我曾思考过另一种方式:我们对物理学理解得很多了,对化学的理解我想也足够了,所以,如果我们理解化学和物理学,而我们在那些行星上看到的既不是物理学也不是化学,那我们就要利用生物学。
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