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霍金的派对：从科学天地到数码时代 [:1707629768]
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霍金的派对：从科学天地到数码时代 灾星还是福星？(1)
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我喜欢自称是科幻爱好者，不过这一称号若有准入门槛，我大概只能在门外兴叹，因为喜欢归喜欢，我对科幻的涉猎其实有限。前不久，著名美国科幻作家布雷德伯里（Ray Bradbury）的去世就让我着实汗颜了一下——我居然没看过他的任何作品。为了挽回颜面，我翻看了他的早期名作《火星纪事》（The Martian Chronicles）。可惜看了十几页仍提不起兴致，只得半途而废。
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在那十几页中，只有一处令我赞赏，那是一位火星女子问自己丈夫“第三颗行星［即地球］上会有人居住吗”时，丈夫给出的否定回答：“科学家说那儿的大气中氧气太多。”
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我们这些地球读者也许会笑话火星科学家的无知，不过，这种因自身环境引致的思维羁绊，恐怕是地球科学家也难以幸免的。不久前，两位地球科学家——美国科罗拉多大学（University of Colorado in Boulder）的马丁（Rebecca Martin）和太空望远镜科学研究所（Space Telescope Science Institute）的利维奥（Mario Livio）——所发布的一项被美国国家航空航天局（NASA）及若干媒体报道了的研究，似乎就透着火星科学家的气息。
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马丁和利维奥的这项研究提出了一个标新立异的观点，那就是像我们太阳系中小行星带那样的小天体分布，对于高等生物的产生是必不可少，并且恰到好处的。这个观点的标新立异之处在于，小行星因其撞击地球、导致生物大灭绝的能力，一向是被当成威胁生物演化的灾星的。为了铲除灾星，一些科学家甚至认为木星这个小行星“清道夫”的存在对于高等生物的产生是必需的。这是所谓“稀有地球假设”（rare Earth hypothesis）的一部分。而马丁和利维奥却提出，小行星不铲除固然不行，铲除得太彻底也不行，必须铲除得像太阳系中的小行星带那样恰到好处才利于高等生物的产生。这一观点的一个直接后果，就是使“地球”的存在变得更稀有了。事实上，马丁和利维奥对目前已知的太阳系以外的行星系统进行分析后发现，像木星那样的“清道夫”位于有可能将小行星铲除得恰到好处的位置上的比例只有约4％。这之中恰好有小行星带，且位置恰好便于“被铲除”得恰到好处的，当然更少。
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提出这样标新立异的观点，究竟有什么理由呢？其中一个比较新颖的理由，是认为“适度”的小行星撞击所导致的生物大灭绝可以为新物种的出现创造条件，迫使幸存的旧物种重新适应环境，加速物种的整体演化，从而有利于高等生物的出现。从这个意义上讲，小行星的存在对于高等生物的出现来说，反而成了福星。作为例证，马丁和利维奥提到了发生在距今约6500万年前的白垩纪（Cretaceous Period）末期的陨星撞击。那次撞击造成的包括恐龙在内的大量物种的灭绝，曾经为哺乳动物的崛起创造了条件。
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有道理吗？倘若紧跟马丁和利维奥的逻辑，很可能是会觉得有道理的。不过，那道理有多硬，却大可商榷。事实上，只要从他们的逻辑上稍稍偏开一点，换个视角，恐怕就不难察觉其与布雷德伯里笔下火星科学家的观点有一定的相似性，比如都把自己生活的环境当成了唯一恰到好处的环境。这种“以己度人”的推理虽未必一定是错，却很容易忽视其他可能性。
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拿马丁和利维奥的推理来说，很多其他可能性就被忽视了。比如生物大灭绝可以加速物种演化的观点乃是源自一种被称为“间断平衡”（punctuated equilibrium）的生物进化理论，而那种理论是有争议的。又比如，即便生物大灭绝可以加速物种演化，它是否需要陨星撞击来促成也是未知之数。这不仅因为我们还无法将生物大灭绝和陨星撞击的时间确定到建立因果联系所需的精度上，而且还因为许多其他可能性也能导致生物大灭绝，其中包括单纯的随机性——后者并非偷懒，而是因为有生物学家发现生物灭绝的规模与发生频率满足近似的幂律，而幂律的一种可能的起源就是随机性。(2)再比如，即便生物大灭绝需要陨星撞击来促成，那陨星是否来自小行星带也仍是未知之数。比如有些科学家就认为，比小行星带遥远得多的奥尔特云（Oort cloud）才是造成生物大灭绝的陨星来源地。(3)
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所有这些争议和未知的背后，无疑都是其他可能性。
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忽视所有其他可能性，而把我们或许只是碰巧生活在其中的环境当成唯一，那样的标新立异有多大的可信度？我不知道。但对之多打一个问号，我想是要比追逐新奇的媒体，以及布雷德伯里笔下的火星科学家更明智的。
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(1) 本文发表于《科学画报》2013年第1期（上海科学技术出版社出版）。
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(2) 对此感兴趣的读者可参阅拙作《从“预测”战争说起》——已收录于本书。
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(3) 对此感兴趣的读者可参阅拙作《那颗星星不在星图上：寻找太阳系的疆界》的第32节（清华大学出版社2013年12月出版）。
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霍金的派对：从科学天地到数码时代 寻找“地球”(1)
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银河系中究竟有多少颗行星？这在以前是一个理论问题，如今却更多地成为了观测项目。
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1992年，科学家们在一颗编号为PSR1257＋12的脉冲星（pulsar）周围发现了两颗行星，由此开启了观测太阳系以外行星（extrasolar planet）的时代。截至2012年1月，已被确认的太阳系以外行星达到了700多颗，有待确认的“候选者”更是多达1000多颗。相应地，人们对银河系中行星数量的估计也一再飙升，仅在过去一年里，就从500亿增加到了1600亿。
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研究太阳系以外的行星有什么意义呢？首要的意义是帮助我们更好地理解行星系统的特点及形成。其次则是探索外星生物——尤其是智慧生物——存在的可能性。后者导致的一个搜索目标，就是寻找类似于地球的行星，或曰寻找“地球”。
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寻找“地球”霍金的派对——从科学天地到数码时代0[]0什么是类似于地球的行星呢？首先，它所围绕的必须是所谓的主序星（main-sequence star），即像太阳这样尚处于“壮年”期的恒星，而且“块头”与太阳相近（否则会因各种原因无法长期维持生物演化所需的稳定而适宜的环境）。其次，它必须是“类地行星”（terrestrial planet），即像地球这样具有固体表面的行星。此外，它还必须能长期维持液态水和大气，这要求它与恒星的距离适中，即位于所谓的“可栖息带”（habitable zone）中，而且质量不能比地球小太多（否则不会有足够的引力长期维持液态水和大气）。
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为了寻找“地球”，科学家们进行了长期努力。1995年，他们在一颗编号为“飞马座51”（51 Pegasi）的类似于太阳的主序星周围首次发现了行星，可惜那是一颗像木星那样的气态巨行星（gas giant）。这是观测手段造成的自然筛选（因为气态巨行星比较容易被发现）。直到十年后的2005年，科学家们才在一颗编号为“格利泽876”（Gliese 876）的红矮星周围发现了一颗质量约为地球7.5倍的类地行星。这种比地球大的类地行星被称为“超级地球”（super-Earth）。2009年之后，随着开普勒太空望远镜（Kepler space telescope）的启用，“超级地球”的大小逐渐向“地球”靠拢。2011年底，科学家们终于在一颗编号为开普勒20（Kepler-20）的类似于太阳的主序星周围发现了两颗质量与地球相近的行星。这一消息不仅令科学家们感到振奋，也引起了媒体的关注。
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但美中不足的是，这两个“地球”离它们的恒星都太近，从而并不位于可栖息带中。这也是观测手段造成的自然筛选（因为开普勒太空望远镜需要观测三个公转周期才能提供一个行星候选者，因此先发现的只能是公转周期较短，从而离恒星较近的行星）。科学家们期待在不久的将来会发现位于可栖息带中的“地球”。