北大教授焦维新：新行星是否有水根据尚不充足

　　4月25日下午14：45-15：30，北京大学地球与空间科学学院焦维新教授做客新浪网，就欧洲天文学家太阳系外发现可能适合人类居住行星这一科学发现，与网友进行交流。

　　精彩观点：

　　·这颗新发现的行星那么远，光线传播过去还得走二十年。那么远的地方我们根据地面观测做一些分析，就能断定它含有多少液体水或者怎么样，这个是不现实的，人类的技术还没有达到那种程度，在地面上就可以把它的特性分辨得清楚。

　　·在此之前人类已经在其他的红矮星周围发现了行星，这不是第一颗，这颗体积和重量都比较小一些，因为以前发现的都是像木星或者是海王星这样比较大的行星，这次发现和地球比较接近一些。

　　·从我们现在的结论来看，我们不能否定除了水以外其他的液体就不能维持生命存在。

　　·我们到达这个天体，至少在短期内是不现实的。若把地球到太阳的距离设为一个天文单位，一用AU这个符号表示。现在人造的航天器飞的最远的距离大概是在90个AU左右。

　　以下为聊天实录：

　　主持人刘允：各位新浪网友大家下午好！欢迎来到新浪嘉宾聊天室，今天我们请到的嘉宾是北大教授焦维新老师，和网友谈一谈欧洲天文学家宣布在太阳系外发现了一颗适合人类居住的行星，我们今天将就这个话题和网友进行探讨，先请焦老师和网友打个招呼。

　　焦维新：各位网友大家好！

　　主持人：在聊天开始之前，我们先交代一下这个新闻的背景，美东时间4月24日欧洲天文学家宣布首次在太阳系之外发现了一颗可能适合人类居住的行星，而且在这颗行星上也许有可能存在着海洋和生命。先请问焦老师，报道中说这颗行星的质量大约是地球的五倍，而且它围绕的是一颗红矮星旋转，那么这个红矮星是怎样一个星体？

　　焦维新：红矮星是恒星的一种，因为恒星的种类比较多，我们一般老百姓熟悉的是太阳，其实可以根据恒星演变的不同阶段，或者根据恒星所发出的光谱的特征，可以划分成很多种类型。红矮星这种恒星和太阳比较起来，它的质量、体积都比太阳小，而且它所发出的热量也比太阳小，所以总的来看有点儿发红色的，又比较小，所以我们称它为红矮星。

　　在此之前人类已经在其他的红矮星周围发现了行星，这不是第一颗，这颗体积和重量都比较小一些，因为以前发现的都是像木星或者是海王星这样比较大的行星，这次发现和地球比较接近一些。

　　主持人：也就是说这次发现的行星表面的一些环境可能更适于生命的存在，是这样的情况吗？

　　焦维新：按照这个报道，他说它是类地行星，按照我们的分类，比如太阳系里面，像水星、金星、地球、火星都归类为类地行星，它有一个共同的特点，就是它都是固体的表面，这是共有的特点。相对来讲体积、质量和太阳系其他那几个气体行星比较起来都比较小，这是它的共同特性。但是说是类地行星也不一定有生命，因为像水性、金星、火星都是类地行星，水星和金星的条件是非常恶劣的，火星的条件其实和我们地球的条件也相差很多，但从现在的分析来看认为火星在历史上可能曾经是潮湿温暖的，所以那个在古代很可能有生命存在。所以现在像火星上的，美国发现的永七号，机艺号都发现了一些含水的液体，其他围绕火星运行的一些飞船，像火星开车等等，根据他们所拍摄的图片认为有些地区很可能过去曾经存在这个液体水。

　　主持人：我注意到这次科学家说，在这个新发现的星球上可能存在海洋和生命，您认为科学家是通过怎样一个方式来确定这样一个条件的？或者说判断它可能存在海洋和生命？

　　焦维新：因为这个天体离我们地球非常远，按照报道是20光年，这么遥远的天体应当我们用一般可见光照相就看不清楚了，他得出这个结论就是根据光谱特征。我们分析判断它可能存在着液体水，但是应当说这种根据不是很充足的。

　　包括在我们太阳系里边，比如太阳系里有小行星带，小行星带里有众多的小行星，原来称为最大的小行星叫做谷神星，但现在在去年8月国际天文学会开会的时候把这个小行星开会了，变成矮行星了，哈勃科学望远镜拍了很多图片，就是这样的高级望远镜拍出来的图片也是很模糊的，根据这些图片分析认为谷神星有很丰富的地下水，而且如果谷神星要是有25%地下水的话，它的新鲜水量甚至超过地球的新鲜水量，这些都是根据表面的图象，一种估计。真正要落实的话还要就近进行探测。

　　今年6月30号美国将发射黎明号小行星探测器，要飞过灶神星和谷神星，就近对它进行探测。在太阳系一些天体除了我们说的类地行星之外，还有大行星，一些卫星，它们的特性也跟类地行星有些类似，比如像欧罗巴，它表面是冰冻着的，有冰覆盖着，现在我们估计它很可能冰下边有液体的海洋。冰是看见了，因为用伽利略飞船在飞跃欧勒巴的时候已经看见这个结果，但是这个冰是一种什么样的冰？冰下边有没有液体的海洋？现在只是提出一种可能性，人类还将将进一步确定这个。

　　在土星的卫星泰坦上人类已经初步断定有液体海洋存在，但这个液体海洋不是我们地球上的液体水，而是甲烷和乙烷，现在已经获得了很多的雷达图象。还有另一个卫星比较怪，在它的南极像火山喷发那样，但它喷出的不是岩浆，而是冰和水，这个比较特殊。既然它含有水，它会不会有生命呢？所以给我们在太阳系之内探索地外生命又提供了一些新的场所。

　　取得这些进展应当说只是发现了一些线索，有这种可能性，我们还需要进一步探测和落实。卡西尼飞船离它有几千公里，我们还没有证实，现在这颗新发现的行星那么远，光线传播过去还得走二十年。那么远的地方我们根据地面观测做一些分析，就能断定它含有多少液体水或者怎么样，这个是不现实的，人类的技术还没有达到那种程度，在地面上就可以把它的特性分辨得清楚。

　　主持人：应该可以说这么一个发现也是给我们人类来说应该是一个好的消息，因为移居外星对人类来说是一个长久的梦想。刚才提到太阳系里头有很多卫星上发现了水，科学家也曾怀疑他们可能有生命存在，水在生命的形成中是不是一个比较重要的条件？在寻找生命的过程中？

　　焦维新：是的，因为根据生命的特征，生命的最大特征，比如它能够新陈代谢，能够繁殖，等不断的演化，在这些生物和化学过程中就离不开一种溶剂，一种液体，水就是其中重要的一种溶剂，它可以把有机物跟生命有关的物质融为一起，便于它们发生生物化学的反应，所以我们经常说水是生命线，所以我们一般说在寻找生命什么呢，都去首先看有没有水。

　　当然也包括我在教学过程当中有很多同学提出问题，你说水是生命存在的必要条件，这是根据在地球上，对着地球上这种生命我们总结出来的，那是不是如果在其他的天体上是否要想有生命就必须一定有水呢？别的液体是不是也可以维持生命存在呢？

　　从我们现在的结论来看，我们不能否定除了水以外其他的液体就不能维持生命存在。现在我们人类比较熟悉的，像还有几种液体，比如像甲烷，乙烷等等，它们也可以存在液态，但他们以液态的形式存在的时候分布范围比较窄，水的温度在100度范围内都可以作为液态，而氨是融点是0.78度，沸点是零下33度，所以它们液态温度范围只有45度。像甲烷液态范围45度，乙烷94度，但是沸点是零下89度，所以他们存在的温度范围比较窄，因此咱们至少可以这样说，水是维持生命存在的最好的条件。因此我们在寻找地球之外有没有生命的时候，我们首先寻找这个地方是否曾经有水。

　　主持人：所以像在今年初的时候美国科学家宣布在火星上可能发现了液态的水，当时也是一个非常振奋人心的消息。那么寻找火星生命现在是一个怎么样的情况？

　　焦维新：应当说人对于火星的探索是非常正确的，最近几乎每两年就会发射一次探测器。因为根据地球和火星它们围绕太阳的轨道周期，每26个月左右就有一次最佳的发射机会，算起来大概是每两年有一个最佳的发射时机，所以我们看到2001、2003、2005，今年2007年8月9号又要发射一个着落器，然后2001年又发射了一个新的火星科技实验室。发射这么多探测器其中一个很重要的目标，就是在火星上寻找水，以及生命的迹象。

　　刚才你问到人类在火星上寻找生命，比如取得哪些进展？应当说第一个进展，就是证实了火星确实是有水存在，但是不是液体水存在，这有这方面几个证据。一是那里一直都有冰，就是白的极冠，在地球上用望远镜就能看到它有白色的极冠。但究竟是什么冰？是干冰还是水冰？还是两者共存？原来人们没有确定的结论。火星快车经过分析确实冰里面含有水冰，这是一个重要的进展。

　　第二个进展也是火星快车做出的，他发现火星大气层里面含有水蒸气，含有有机物，还有甲烷，这是一个进展。另外一个，像火星漫游者有机号和机翼号在火星表面都发现了一些含水的矿物，这些矿物一般都是有水的情况下形成的。所以我们发现了这些矿物的存在，即便是现在表面没有液体水了，那也说明历史上曾经有这样一个时期有海或者湖，所以有水的条件，才形成了这些矿物，这是第三个方面。

　　第四个方面，像火星快车带有雷达，那种雷达可以探测到地下的一些情况。像火星快车的雷达最深可以穿透到地下五公里，经过雷达的探测，一是它证实基区最厚可以达到3.5公里，另外在有些地区，根据雷达回波的推断，应当说含有水分还是比较丰富的。有一个地点认为含水层可能达到厚将近11米，所以说从极区的冰，大气中的水蒸气，含水的矿物，另外还发现陨石坑底部有冰。另外最近发现以前陨石坑壁飞船拍摄过，我们有这个图象，但是今年又发现就像壁上有流出的水冲刷的痕迹，有这么一个新的迹象。人们现在推测，是不是火星有地下水呢？在这里边在某种因素的作用下浸出来了？当然我们现在不能做出明确的判断，只是说增加这种可能性，所以应当说对火星关于水的探测，应当说还是多方面的都取得了一个成果。

　　虽然现在没有液体水，至少推断以前曾经有液体水，以前曾经有液体水，在有液体水的年代气候应当是比较潮湿的，比较温的，不像现在这么寒冷，那时候是不是有生命存在？人们在这方面也做了探讨，一方面从火星的化石，因为火星的化石有的撞击到地球上，从现在产生火星的化石，现在因为地面上有很多高级的手段，通过电子扫描性，对它的内部结构进行分析，有一块化石的结构就跟地球上一种细菌的化石结构非常类似，所以现在也给我们研究提供一种方式，我们根据研究古代火星的化石来看过去是否有生命存在。

　　最近美国一些科学家提出火星现在仍然有可能有生命，但这个生命很可能存在于火星的一些岩洞里。但从目前的人类技术来看，虽然这个探测器可以在表面着陆，也可以派一个小车在上面转，但现在派一个小车说在哪个地方发现一个岩洞，把小车钻到岩洞里面考察，恐怕这个技术能力还要等一些年。

　主持人：刚才我们聊了很长时间关于火星生命的一些东西，其实在今天的报道里面很重要的地方，就是在这颗星发现的行星上存在水，而且我注意到在今天的报道里面特别提到，这颗新发现的太阳系外的行星，它的运行轨道属于可居住区之内，请焦老师谈一下所谓的可居住区是一个什么概念？

　　焦维新：可居住区认为人在这个区域内生命可以存在，长期可以维持，所以这个区域一是有液态水，而且液态水是长时期稳定的。长时期稳定是什么意思呢？是能够在类地行星的表面存在数十亿年以上，这样才能保持，使有力生命存在和演变。所以在一个恒星周围有这么一个区域，应该是环型的一个区域，有内边界，有外边界。内边界就是最靠近里边的我们想像的这么一个界限，如果你超过这个界限，再靠近横行的话温度太高了，温度太高了有什么问题呢？液体海洋就不容易保持，就容易蒸发了，所以不能离恒星太近，因为太近了以后水都会以水蒸气的形式存在，就跑到太空中去了，不容易维持，所以不利于生命发展。

　　它也有一个外环，外边界，这个外边界是什么意思？就是比较冷的一条界限，如果超过这个界限，离恒星太远的话，温度太低了，可能即使有水，水长期处于冰冻的状态，不可能以液态存在的话，它也不利于生命的存在和演化。所以在恒星周围的一个可居住区就是这样一个区域，离这个恒星不能太近，也不能太远，像地球在太阳系里面就处于这样一个区域。比如水星虽然是类地行星，但是它离太阳太近，它的面积，接受能量是地球的十倍。像天王星，海王星，那就离太阳太远，它所接受到的太阳能量非常小，包括冥王星表面一直处于冷冻的状态，不可能有液体水存在，所以它也不利于生命的存在和发展。我们地球在太阳系里面认为就是一个很好的可居住区，我们说可居住区是从恒星周围这个环境来说的。

　　当然再进一步分析，还有一个问题，还涉及到你恒星所在的位置。比如说你这个恒星在更大的范围，就是在银河系中所处的位置，你这个恒星不能挨近一些太大的恒星，因为大恒星演化到最后的阶段会爆炸性的死亡，对地球产生大量的辐射，也不利于我们生存，还涉及到恒星所在的位置。一个是这个位置，相对恒星的位置，有一个恒星在银河系里所占的位子，所以这几方面都应该考虑。

　　主持人：非常感谢焦老师，在这次新发现的恒星还有一个比较有意思的地方，就是这颗行星的质量大约是地球的五倍，应该说它的质量也是非常大的了，那么它会不会带来一个问题，就是引力过大这么一个问题？

　　焦维新：现在比如像我们太阳系的八大行星，像水星，金星，火星都比我们地球的质量小，金星和我们地球质量差不多，你像木星，质量是我们地球的，比我们地球要大的多。像巨型星，它们的质量非常大，所以它能够把那些小的破碎的东西吸引过来，卫星也多，光环也多。经常有学生问这个问题，为什么我们地球没有那么漂亮的光环，而远处的天体有这么漂亮的光环，因为它引力特别大，它可以把比如说破碎的东西吸引在周围。当然如果从深层次来说还有一个叫做洛西极限的问题，引力太大以后在它天体的附近不允许出现一个比较大的天体，到时候这个引力就把它撕裂了，只能存在一些小的东西。

　　从引力来讲，我想应当对能否存在生命，就是说它的质量是地球的五倍，从这个角度判断，应当说我觉得它应当对生命的存在与否不是一个很关键的问题。

　　主持人：影响不是特别大？

　　焦维新：这个影响不是特别大的。

　　主持人：这里一个有意思的现象，因为我们知道地球绕太阳一周大概是365天，也就是它的公转周期，而这颗新发现的行星它的公转周期是13天，也就是说它的一年也就是相当于地球的13天，它这么高的一个公转速度会不会有什么影响，对它的环境还有对生命的存在？

　　焦维新：应当说公转周期，应当对生命的存在也不是那种至关重要的条件，比如像我们的地球，因为自转周跟公转周有一个夹角，所谓一年四季，那就相当于你一年的时间有些变化了，当然你说我们地球的人一下到那个地方不适应，假如那个地方有生命，那也不是短期内形成的，他假如说这个天体有适合生命的存在的条件的话，他也会逐渐的适应这样的变化。就是说他会有影响，但不是那种，他不是决定这个生命能否存在的那么一个，不能把它作为生命能否存在的一个判据。

　　主持人：如果有生命的话，也会自己慢慢适应这个环境？

　　焦维新：对，关键还是液体水是不是能够长期的保存，这是至关重要的。对它这个报道有一句，它离母恒星比较近，如果像我们地球离太阳那么近可能就，我们太阳系有个天体离太阳近的话，可能就不适合生命存在了，但是刚才我提到了红矮星比太阳质量、体积都小很多，而且它这个表面温度也要比太阳低的多。你像太阳表面温度都六七千度，它可能在两千到五千度这样，一般红矮星表面温度有三千度左右，所以温度比较低，所以也不至于那么热。但现在究竟它温度是什么样的状态，现在即便是给出了数据都是非常粗略的估计，应该说我们现在做出什么样的结论都为时过早，还需要进一步的进行探测。

　主持人：在今天的报道中，还提到这颗新行星距离地球有20光年，哈佛天体物理中心的一个天文学家，就说这颗行星的距离，我们完全有能力达到，您怎么看这个问题？

　　焦维新：他是这样，要说我们到达这个天体，至少在短期内是不现实的。若把地球到太阳的距离设为一个天文单位，一用AU这个符号表示。现在人造的航天器飞的最远的距离大概是在90个AU左右。再往前飞的话，这个地方我们把它叫做日球点，就是太阳不断冒出太阳风，其他恒星也要吹着恒星风，太阳风和恒星风达到一个平衡的地方，这么一个球，以太阳为中心的一个球大概距离太阳中心是100来AU。

　　人类的航天器到目前为止飞的最远距离是100AU左右，他是用核电源，恐怕要不了几年核电源也不能用了。因为人类的航天器现在知道最快的，就是去年1月份发射的，冥王星探测器新视野号，它的速度在木星引离助推以前是每秒21公里，木星引离助推以后是每秒25公里，所以它是属于人造航天器飞得最快的一颗。以这个速度，它到月球九个小时就到了，阿波罗飞船需要三天多时间，因为这个飞船飞到冥王星大概是9年半的时间，冥王星在30个AU左右，用光年我们还没有这样的运载工具，在人的一生内就可以到达这样一个星球。

　　但是到达不了这颗星球并不等于说我们没有办法对这个星球进行了解，因为我们可以发射一些飞船在太空对这些天体进行探测，它这个报道也提到了，再过一两年美国要发射一个航天器，这个航天器主要任务就是探测寻找太阳系外的类地行星。

　　因为我们在地球用望远镜观察，受到大气抖动的影响，所以分辨率不够高，我们到太空去以后，它有多种方法可以来探测，就是在一个恒星的周围是否有类地行星存在，要说人能力的话，只能说，至少在我们近期有这个能力，比如说在今后几年内我们有这个能力，比如说派飞船到太空去，可以发现上哪颗类地行星，或者说对已经发现的类地行星进一步进行观测，比如说根据光谱的特征，看它有没有大气层，这种大气层里面是否有水，有二氧化碳，或者有利于生命，维持生命存在的那些物质，这是我们可以测量的。要说我们到20光年那么远的地方，短期内达不到。

　　主持人：短期内还不能实现？

　　焦维新：至少几十年内实现不了。

　　主持人：可以说它给人类提供了一个航天的奋斗目标？

　　焦维新：是，当然从理论上以科幻小说里面提到光速火箭，跟光速一样你一来一往还得40年，何况我们现在根据爱因斯坦的理论达不到这个光速，因为你一进行光速它的质量也变大了，所以至少在几十年内到达这么远的地方我觉得是不现实的。至于说人类在发展过程中，也可能在理论上有些突破，在技术上有些突破，因为人类总是不断发展的，人类社会总是不断前进的，现在我们这个空间技术我们倒退到第一颗人造卫星发射的时候，也很难想像空间技术会给人的社会生活带来这么大变化，难以想像的。现在你看我们多少人都有手机，随时可以跟很远的地方联系，科技发展日新月异，但是跟基本的原理来说，在几十年内飞船就可以达到光速的阶段我觉得不现实。

　　主持人：在之前的新闻报道里面我们也经常可以看到，科学家发现了很多太阳系外的行星，那么他们表面的一个环境状况是怎么样的一个情况？

　　焦维新：现在已经发现了可能200个左右的行星，但从现在发现这个行星来看，大部分都是属于像木星，我们称类木行星，就是体积质量特别大，主要是由气体组成的。但并不等于说在这些恒星没有像地球这样的类地行星，根据我们现在的观测技术，只能是观测到这样的行星。

　　这与它的观测方法有关，就相当于凌星的方法，类似于我们地球以前说水星凌日，金星凌日，日食。日食就是月球在太阳和地球之间穿过的时候遮挡了太阳的光，我们看到太阳不是一个圆的了，有一个黑影或者月牙形状，在地球测量光的强度的时候就有一个变化了，如果日全食就黑暗了，所以我们如果划一条曲线的话，没有被遮挡的时候很平坦，一旦有曲线就凹进去了，等它过去那就叫零凌。所以我们不知道这个恒星周围有一个卫星，但如果我们对它的光进行测量，发现他的光有变化，我们就发现它有一个行星围绕它转，使它的光的强度在周期发生变化。这样的一个观测，因为离我们非常远，所以这样光强的变化非得遮挡天体有足够大，我们才能把这个变化测量出来，如果天体比较小的话，我们按照现在的技术是分辨不出来的。但是如果我们把这个飞船派到太空去测量灵敏度高了，可能像一些小的类地行星也可以完成，还有其他一些效益，比如如果这个恒星周围有一个行星，那么行星的运动也会对恒星的位置产生扰动，那精确的天文测量，观测这个恒星到底有没有摆动，我们根据这个摆动的大小来测量围绕它运行的行星的大小，所以这都要求技术水平不断的提高。

　　主持人：也就是说以前我们发现那些太阳系外的行星也都是一些比较大的。

　　焦维新：大的都是那种气体行星。

　　主持人：这次发现的应该也是属于这种相对来说还是比较大的一颗行星？

　　焦维新：对，当然比以前发现的大行星还要小的多。

　　主持人：刚才我们也谈了很多关于这颗行星的一些问题，其实我们人类一直在寻找一些除了地球之外可供人类居住的星球，比如像火星，之前有报道说有科学家设想，就是说对火星的环境进行改造，把它变成一颗可以供人居住的星球，您觉得在一个比较长的时间里可能不可能实现？

　　焦维新：这个实现的可能性不大，为什么呢？比如像火星吧，它的大气层粗略的来说，它的表面这个时候是地球的1%，也有人提建议，说温室效益使温度升高，火星下面有冰冻层，甚至有冰，如果温度升高以后冰就可以变液体水了，可不可以人造温室效应？可是那得多少二氧化碳？它本身自己的大气层就非常的稀薄了，是地球的1%，你怎么去产生那么巨量的二氧化碳？有人开玩笑，可以从金星运一些二氧化碳到火星，金星的表面大气压是地球的92倍，而且它百分之九十六点几都是二氧化碳，那二氧化碳太丰富了，金星的温室效应太强了，所以它表面温度特别高。但是人类没有那么大力量运去向火星移去那么多二氧化碳，造成这样的温室效应，使它温度升高。也可能人类的技术发展会逐步找到改造火星环境的一些方法，但至少现在提出的一些方案在几十年内都是不可行的。

　　主持人：非常感谢焦老师。由于时间的关系，今天的聊天马上就要结束了，也非常感谢新浪网友来参与我们的交流，之后请焦老师再给网友说点什么。

　　焦维新：应当说寻找地外生命的问题是广大青少年，而且是整个社会关注的问题，这个问题我希望广大青年在关注之余更要有科学的精神，我们要用科学的手段，科学的方法去探测，不要盲目相信这块出现了外星人，那块出现了外星人，可以这样说，人类在太阳系当中发射大量的探测，不是说没有发现外星人，就是连最初级的生命，像细菌最原始的生命我们都没有发现，但是我们是一步步按照科学的发展来做的。所以我希望广大青年关心这个问题的时候，一定要抱着一种科学的精神，不要把那种科学幻想小说当做一个现实。

　　主持人：再次感谢焦老师做客新浪嘉宾聊天室，关于这次新发现行星的最新报道也请各位新浪网友关注新浪的科学探索栏目，今天的聊天到此结束，谢谢各位！