开普勒186f 易评：从《三体》到开普勒 科幻到现实有多远？

文/秉翰

小编上周的话题过于有预见性，话音刚落NASA就说发现了新“地球”。所以没办法，这周依然要延续上周话题。由于发现易友很多都对《三体》这部小说情有独钟，小编就从这里说开去。

不过，开始本期易评之前，先纠正一下错误，上期谈到木星探测器朱诺号将在2016年飞抵木星，人类会第一次近距离观察这颗行星。但是，有易友指出其实1989年的伽利略号就飞过木星一次。小编确实忽略了这个部分，特此更正。另外，昨天NASA宣布Kepler 452b的消息后，仍然有易友提出了为何要找液态水的问题，上期易评已经做过详细解答，请参见上期易评话题。

好了言归正传，很多人担心如果Kepler 452b上有外星人，会不会像三体文明一样攻击地球。其实易友多虑了，无论是黑森林法则还是猜疑链，都是作者强加的设定，并无任何论据。从作者角度来说，这是创作需要无可厚非。但是拿这两条当宇宙真理就没有必要了。

科幻小说《三体》中很多故事的发生其实都基于主观设定，很容易引人入胜但经不起推敲。就像很多教科书只写结论，不写论证过程一样。首先就拿三体问题来说，这本来是一道数学轮证题，说的是三个质量、初始位置和初始速度都是任意的可视为质点的天体，在相互之间万有引力的作用下的运动规律无解的事情。但是三体星球加上旁边的三个“太阳”，或者在加上之前被吞噬的若干行星，这就已经不是个三体问题。

科学幻想小说的创作更多的都是抽取表象，而放任本质。喜欢《三体》易友大可不必再纠结外星人攻击地球的事情了。就算Kepler 452b有了外星人，他们看到的也是1400年前的地球，根本无从晓得地球今日的状态，根本不敢贸然来犯。他们怎么知道，地球1400年后是个什么状态，没准到时根本不适宜居住。有的易友可能会用智子通信来反驳，《三体》中的智子就是量子通信，量子通信只是解决了通信的加密（不可逆），但是通信仍然要以光速进行。1400光年，就是要1400年的通信延迟。

为何Kepler 452b如此重要？

接下来上干货。为何Kepler 452b的发现意义如此重大？既然NASA之前找到过那么多处在宜居带距离的行星，为何又对Kepler 452b如此兴奋？问题的答案在于他们的“太阳”。之前，NASA也找到过其他的类地行星，比如说此前最像地球的类地行星Kepler 186f。这颗行星的大小虽然跟地球相近，但是问题是它的“太阳”是一颗红矮星。而红矮星系的生命存在可能要比我们的太阳系低很多，因为红矮星的温度太低了。所谓红矮星不管是K型还是M型，温度都不超过4000度。

图）太阳、红矮星、棕矮星和行星的温度区别

而且其他已发现的类地行星都有这样或那样的问题，没有Kepler 452 b这样与地球的相似度。为了解释Kepler 452 b的重要性，这里要解释一些名词：

地球相似指数-与地球的相似度，从0到1，其中1是与地球一样。地球相似指数取决于行星的半径、密度、逃逸速度和表面温度。

首要宜居指标-植物的可持续性，从0到1，其中1为最适合植物生长。首要宜居指标主要取决于表面温度和相对湿度）。

宜居距离-从中心恒星到行星的距离，-1代表宜居距离区的内边缘，而+1代表外边缘。宜居距离主要基于恒星的光强、温度和行星的轨道。

大气 – 行星大气的宜居性，低于-1代表大气很少或没有，高于+1代表大气组成主要为氢气。 -1和+1之间代表可能有适合生命的大气。 取决于行星的质量、半径、轨道的大小和中心恒星光强。

下面是目前NASA找到并掌握跟地球最相似的一些行星的具体参数（数据来源为波多黎各大学的行星宜居性实验室-PHL）：

由上图可知，曾经发现过的地外行星最大的问题就是他们的太阳太冷了，大幅降低了他们的宜居性。其中Gliese 667 Cc的太阳不仅是棕矮星，还是一个三星系统的一部分，类似《三体》中的三个太阳。由三体问题可知，这个行星系统不会很稳定。这也是为什么发现Kepler 452b后，NASA科学家特别兴奋的原因，终于有颗类地行星的中心行星是黄矮星了。

1400光年，如何确定Kepler 452b有水？

1400光年，小编向你保证，有生之年我们绝不可能登陆这颗行星。不可能是《三体》里面扔个二向箔让维度塌缩这种异想天开的解决方案（维度塌缩确实能让两个星球迅速见面）。也不太可能是《星际穿越》里上帝创造出来的虫洞穿越。所以说科幻与现实是有很大距离的。

图）液态水吸收光谱

从现实层面来说，最常用的液态水判断方法就是通过光谱仪的分析。液态水的存在会产生特殊的吸收光谱。目前光谱分析是最准确的地外行星液态水的检测和确认方法。液态水的氢氧结合状态使得液体水与其它形式的水具有不同的吸收光谱特征。

所谓吸收光谱是指测量辐射吸收量的光谱技术，不同物质吸收能量后所产生辐射场的波长和频率不同。吸收光谱很早就被用作化学分析工具，以确定样品中特定物质的存在。在很多时候还能量化该物质的存量。

光谱分析的具体原理是这样的。如果是纯白光，光谱应该是连续的。但是当光线碰到某些物质（原子、分子或电子）某个频率的光就会被吸收，在该频率的光谱上留下一条暗线。科学家通过大量实验观察总结出，每种元素或化合物的吸收光谱的暗线光谱跟明线光谱的位置一样。也就是说每种物质发射的光跟吸收的光频率是相同的。通过观察光谱暗线的位置就可以判断遥远星系有哪些物质。

至于，Kepler 452b的处理方法也是一样。恒星所发出的光超射到Kepler 452b发射出来。这些反射光穿越大气层时，就会被大气层里的许多物质吸收特定波长的光。这样我们通过这些光所形成的连续光谱上的暗线，就能判断Kepler 452b的大气组成了。

图）吸收光谱原理示意图

但是，光谱分析法有一个问题就是，这种检测方法对于很厚的大气并没有很好的处理方法，特别是距离特别远的星系更是束手无策。不过，这种光谱分析法对于水蒸气的确认确=却是畅通无阻。这一结论已经被很多地外行星验证。但是，水蒸气本身并不能证明液态水的存在，只能与其他的方法相结合做出判断。这种水蒸气很可能是来自地下水而不是地表水。NASA目前已经通过这种手段发现木卫二上存在地下海洋。还有就是，从统计学的角度来看，在银河系中越是多岩石的行星存在液态水的可能性就越大。这也是为何昨天，NASA为什么一直强调这是一颗多岩石的行星。

不登陆就没法确定Kapler 452B有生命吗？

其实昨天NASA的科学家已经透露了一些信息。发布会中，一名科学家表示，寻找生命需要向太空中发射新的科学仪器。根据小编有限的知识，解读这个新仪器就是詹姆斯·韦伯太空望远镜。不过这一望远镜要在2018年10月才能部署完毕。这一新的太空望远镜采用最新科技，造价达到87亿美元。（真不知道除了老美谁还会砸这么多钱来搞太空望远镜。）

图）詹姆斯·韦伯太空望远镜

就像当年发现冥王星，首先发现的人并不是真的看到了冥王星，而是发现冥王星的存在改变了周围的引力场。寻找地外生命也是同样的道理，可以通过其存在产生的其他现象来确定。

詹姆斯·韦伯太空望远镜基于的理论来自老美的天文学家Amit Misra。这位仁兄的专业是天体生物学，他所发明的理论并不是直接观察生命，而是寻找所谓的“氧气二聚体”。氧气二聚体就是两个氧气分子结合在一起的化合物。氧气通常的写法是O2，氧气二聚体则包含四个氧原子，化学式O2-O2。

当恒星发出的光进入行星的大气层时，大气中的氧气二聚物就像是特殊标记一样会产生特殊的光谱结构。经由前段的光谱分析知识，从太空望远镜里监测到。

至于发现这些氧气二聚物到底有何作用？根据已知科学知识（请不要太任性，就像上期易评说的那样，天马行空就没法聊了），如果氧气二聚物被发现，则说明大气中的氧气浓度已经达到很高含量。根据现有知识，唯一可以产生高浓度氧气环境的途径就是生命的光合作用。换句话说，如果天​​文学家观测到行星具有较强的氧气二聚体光谱反应，就能成为表明这颗行星有外星生命的确凿证据。

不过，正像前面说的一样，新的O2-O2分析仪器，只能等哈勃望远镜的继任詹姆斯·韦伯太空望远镜来搭载。另外，新的太空望远镜同样能够检测遥远星系的水和大气成分。

说道这里，大家估计也能明白，寻地外生命在我们这个时代，基本是一个无解的问题。我们并不太可能直接观测到鲜活的地外生命体。但是正像小编上期所说的只有你想不到，没有做不到，现在的努力同样可以改变你的过去。《三体》等科幻作品的最大作用就是让人类敢于想象。但是同样要知道，科幻与现实的差距是巨大的。弥合这巨大的差距可能要我们人类数十代或数百代的努力。

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