往届回声｜我们在宇宙中孤独吗？这是一个留给未来的古老问题

编者按：第三届世界顶尖科学家论坛将于10月30日-11月1日在上海举行。包括61位诺贝尔奖得主在内，近140位诺贝尔奖、图灵奖、菲尔兹奖、沃尔夫奖、拉斯克奖等全球顶尖科学奖项得主出席。论坛期间将有130余场科学家独立演讲、70余场主题峰会，大部分活动将通过网络向公众直播。

在过往的两届世界顶尖科学家论坛上，宇宙是科学家绕不开的话题。科学殿堂的顶级奖项诺贝尔奖，更是连续两年将物理学奖颁给了天体物理学领域。

澎湃新闻特此整理世界顶尖科学家论坛往届参与者关于宇宙热点话题——系外行星的讨论。2019年诺贝尔物理学奖得主米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹，今年也将再次来到世界顶尖科学家论坛，带来新的观点。

2019年，诺贝尔物理学奖花落系外行星，这个世纪范围内曾经只有8个人研究的“冷门”领域，终获正名。获奖者认为，我们的下一代将面临的问题是：可不可能探测到外星生命？

太阳系外行星，简称系外行星，泛指在太阳系以外的行星。人类发现的首颗系外行星是“飞马座51b”，于1995年报告发现。这是一颗巨大的气态行星，虽然和地球差异悬殊，但足够颠覆人类的宇宙观，引发了一场天文学革命。

“飞马座51b”的发现者米歇尔·马约尔（Michel Mayor）及其学生迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz）因此斩获了2019年的诺贝尔物理学奖。

“之前大部分天文学家都不认为有其他的行星系统，大家都觉得太阳系非常独特。”马约尔说道，在他发现系外行星的时候，世界范围内只有4个2人小组在寻找系外行星。

50光年外的“摆动”

马约尔1942年1月出生在瑞士洛桑。他并非从小就认定了物理，只是热爱广义上的科学。马约尔相信，即便当初选择了地球物理或者火山学，他一样会迸发出同样的激情。

因此，24岁在洛桑大学完成理论粒子物理方向上的硕士研究后，马约尔较为随性地决定攻读天文学博士。所幸的是，上世纪60年代正是欧洲天文学界的黄金时代，主流的实验室都在扩张，因此，马约尔很容易就在日内瓦天文台找到了职位。

他的博士论文涉及星系的旋臂结构，但就在拿到博士学位的前夕，马约尔又产生了一个随性的灵感：恒星的运行轨道是否会揭示出星系内的天体构成？

要解答这个问题，必须精确地测量恒星的径向速度，即天体在地球观察视线方向上的运动速度。当恒星靠近或远离地球，它的光谱会发生蓝移或红移，就像救护车加速驶近时鸣笛声调变高，加速远离时声调又变低。

这种测量超过了他的能力范围。幸运的是，他在剑桥大学访问期间遇到了一位志同道合的同事，开发出一种新型的自动多普勒光谱仪。随后，法国南部的上普罗旺斯天文台邀请他为更大型的望远镜设计类似的仪器。

半路出家的马约尔对多普勒光谱仪的精度做出了颠覆性的改进，对此，他深感骄傲。马约尔研制的首台设备测量径向速度的精度约为300米/秒，在不断改进下，发现人马座51b的ELODIE光谱仪精度达到了15米/秒。目前，马约尔使用的光谱仪精度为1米/秒，而年轻的同事们已经开发出10厘米/秒精度的新设备。

颠覆性的精度改进会带来颠覆性的发现。有了ELODIE光谱仪，发现人马座51b的踪迹只是时间问题。

这是因为，行星的引力会拉扯恒星，使得它的光谱产生有规律的“摆动”。稍加计算，就可以推测出行星的周期、质量和轨道形状。

1994年，马约尔和迪迪埃申请到了望远镜观测时间，每隔两个月可以观测一周。他们锁定了一大批需要追踪的恒星目标，每个周期观测一个。

当年年底，马约尔前往夏威夷休假，迪迪埃留守上普罗旺斯。没想到，他前脚刚走，迪迪埃就在约50光年外的人马座51恒星上看到了“摆动”。

28岁的年轻人并没有感到惊喜，而是惊吓。他觉得，一定是自己的计算出现了问题。直到反复确认了将近半年，迪迪埃才敢向导师汇报自己疑似发现了人类历史上第一颗系外行星。马约尔只回复了两个单词：“是的，可能吧。”

时隔24年，马约尔在斩获诺奖后剖析当时的心情，“我们要牢记，在20世纪下半叶，曾有许多团队宣称发现了系外行星，但最终都被证明是错误的结果。因此，我作为教授，必须足够谨慎，不要再贡献一篇错误的论文。毕竟，根据当时的理论，像木星那样的大型气态行星一定会有超过10年的公转周期，但我们发现的天体的公转周期只有4天，差距将近1000倍。这个偏差太大了，我必须很谨慎。”

最终，马约尔决定在投递论文前最后确认一次。1995年7月，当恒星飞马座51再次出现在观测视野里，他们进行了重新测量。

“径向速度变化的振幅和相位都完全一样，直到此刻我们才确信了这是一颗行星。我们仍然不知道为什么它的公转周期这么短，这是个大难题，但我们发现的确实是行星无误。”回想起当年的情景，马约尔说道。

马约尔和迪迪埃两家人在南法进行了一些庆祝活动，随后就加班加点写论文，赶在当年8月底投给了《自然》杂志。1995年10月6日，他们在意大利佛罗伦萨举办的一场学术会议上报告了这个发现。

我们有邻居吗？

到目前为止，科学家们仅在银河系中就发现了超过4000颗太阳系外行星。已知最近的系外行星是“比邻星b”，距离地球4.25光年。

现在，马约尔还在智利沙漠中，利用HARPS光谱仪在新恒星的诞生区域寻找更多的系外行星，确保光谱仪在数年内都能稳定工作。马约尔特别提到了HD10180这个星系，科学家在其中发现了超过7颗行星。

但是，什么样的行星上可能存在生命？

生命要想在某颗行星上繁衍生息，液态水的存在至关重要，这意味着行星必须处于恒星的“宜居带”内——行星与恒星距离适当，温度条件允许液态水存在。2007年，11位科学家宣布发现首颗位于宜居带的系外行星“吉利斯581c”，其中就有马约尔。

那么，人类在宇宙中孤独吗？

对于这个问题，马约尔曾一本正经地对记者强调了两遍“科学”：“科学，从科学角度来讲，我们只能通过观测来判断外星生命，没有理论能预测出来。”

2019年9月11日，一篇发表在英国《自然·天文学》杂志上的研究称，科学家们首度在太阳系外一个行星的大气中发现了水蒸气的存在，且该行星的温度也与地球相似，具备支持生命存在的两大条件。

这个代号为K2-18b的系外行星于2015年被发现，是美国宇航局观测到的“超级地球”行星之一。它距离地球约110光年，位于狮子座，质量是地球的8倍，体积为地球的两倍。

K2-18b按照其与所绕行恒星的距离估算，这颗行星上的温度应在47摄氏度到零下73摄氏度之间，与地球温度相似。在目前所发现的超过4000个系外行星中，这是第一个已知有岩石表面且大气含水的行星。

科学家们想探讨的是这个星球的可居住性问题。不过，科学家们同时强调，尽管这个行星上可能有液态水，但K2-18b不是另一个地球，K2-18b所绕行恒星与行星上的大气层都与地球大不相同。

而美国科学家也在《天体物理学杂志》撰文称，他们首次将系外行星的大气化学纳入模型内，研究M矮星周围行星的宜居性，重新定义了系外行星潜在宜居的条件，减少了搜寻地外生命目标天体的数量。

M矮星约占宇宙中恒星的70％，是一类相对凉爽又暗淡的恒星，绕其运行的行星被认为是寻找系外生命的最佳场所。目前最新研究显示，科学家首次将气候建模与大气化学和光化学相结合。

研究表明，这些恒星的辐射量对于绕其运行的行星是否宜居至关重要。例如，他们发现，围绕释放出大量紫外线辐射的恒星运行的行星，其上的水可能会因为蒸发而大量丧失。

此外，许多位于恒星宜居带内的行星实际上可能无法维持生命的存在和繁衍，因为它们的臭氧层很薄。这意味着，某些以前被认为宜居的行星可能正遭受太多紫外线辐射，因此，其表面难以维持复杂生命繁衍生息。

留给年轻人的古老问题

系外行星和外星生命是一个非常古老的话题。

2000多年前的古希腊唯物主义哲学家伊壁鸠鲁就曾提出，存在无限个世界，有些与我们所处的相似，有些截然不同。有些存在生命，有些死气沉沉。

“这些问题在现代天文物理学界依然存在。我们这一代人享有的优势是，我们具备探索宇宙的技术。而我们的下一代将面临的问题是：可不可能探测到外星生命？这对年轻人来说不是一个次要的问题，而是非常重要的问题。”马约尔说道。

在马约尔看来，如今天文学最激动人心的一个研究方向就是生物记号，即暗示行星上存在生命活动的光谱特征。要分析行星的光谱，难点在于剔除掉它围绕的恒星的光线，毕竟，行星反射出的光线相比起恒星本身微如萤火。

24年前，马约尔和迪迪埃用新一代光谱仪捕捉到系外行星的魅影。在24年后的今天，地面上许多超大望远镜即将张开巨眼，新一代太空探测卫星也蓄势待发。随着兵器库的更新，年轻人们或能解答那个终极问题。

尽管马约尔强调“科学”，但他也转折道，“我个人觉得系外行星上可能有生命。当然这需要满足很多条件，但系外行星的数量也很多。”他认为，宇宙中有数百亿颗甚至数千亿颗星球，它们肯定会有温度、水分等合适的组合。马约尔较为肯定地说，“我相信外星生命应该会存在。不一定是像你我这样的生命，可能是简单的形式。细菌就算生命了。”

“现在已经不是说我们是太阳系内的生命，而是叫宇宙的生命，随着地理、物理、生物、化学的发展，天文也在不断发展，这是非常长的故事，到最后我们必定会得到一些关于生命的答案。”迪迪埃表示。

这个答案是什么？我们真能找到其他星球上的生命吗？迪迪埃无法确定，他认为，除非我们现在找到一个跟地球一模一样的星球，那就可以肯定这个星球上一定有生命。如果这个星球跟地球非常不一样，也许也会被科学家错过，因为我们根本不知道该看什么、该关注什么。

迪迪埃说，其实生命就是由各种各样的化学物质构成，关键是要有这些合适的化学物质，并且是否存在一些元素可以保护星球。“现在有一些人开始倒退构建原始状态，因为我们知道地球现在是什么样的，我们想去构建当初的样子，我觉得这种做法是有局限性的，因为很多东西很难回到真正的原点。”但迪迪埃认为仍然有希望，因为科学家可以研究成百上千个类似于地球的行星。

迪迪埃的老师马约尔更将对地外生命的思考上升到哲学高度，“归根到底，我们要思考的是，生命到底是宇宙演变当中必然会出现的一部分，还是非常独特的、独一无二的，就在地球发生。”马约尔说，这听上去是个哲学问题，但在他看来也是一个有科学维度的问题。

现在，伊壁鸠鲁设想的第一部分已经得到验证，那么关于其他世界上存在生命的设想到底是否正确呢？“这是我给年轻人提出的问题。”马约尔说。

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