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东边日出西边雨——江晓原的网易博客

 
 
 

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地球2.0?又一堂令人沮丧的算术课   

2015-09-23 18:20:00|  分类: 地球2.0,开普勒45 |  标签: |举报 |字号 订阅

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载《新发现》杂志2015年第9期

科学外史(111)

 

地球2.0?又一堂令人沮丧的算术课

 

江晓原

 

 地球2.0?又一堂令人沮丧的算术课 - 江晓原 - 东边日出西边雨——江晓原的网易博客

  刚好在整整五年前,我在本专栏写过一篇“星际航行:一堂令人沮丧的算术课”(载本刊2010年第9期)。最近关于“发现另一个地球”的新闻甚嚣尘上,我稍微关心了一下,顺便又备了一堂算术课,忍不住要和读者分享一回。

 

“发现另一个地球”是什么意思?

  当媒体使用“发现了另一个地球”或“地球2.0”这样的措词时,在普通公众心目中唤起的想象,通常是这样的:天文学家在某处找到了一颗行星,那颗行星上的环境和地球相当类似,比如有大气层,有液态水,有和地球上相似的四季和温度,有距离远近合适的恒星作为它的太阳……。

  但在想象这种前景之前,我们必须先搞清楚,“发现了另一个地球”到底是什么意思?是我们听到这个说法时通常想象的意思吗?

  寻找类地行星的事情,其实一直有天文学家在做,也时不时要想办法在媒体上说一说。这次是NASA高调宣布的,它的“开普勒太空望远镜”发现了一颗类地行星,命名为“开普勒452b”。按照最近公布的数据,“开普勒452b”年龄约60亿岁,公转周期385天,质量“可能是地球的5倍”,据说它的“与地球相似指数”高达0.98。

  但是,千万不能轻易相信这些看起来头头是道的数据,也不要因为它们是NASA公布的就顶礼膜拜,因为还有一个致命的数据不声不响夹在中间。我一听说这次“发现了另一个地球”,首先就找这个数据:“开普勒452b”离地球多远?目前的数据是——1400光年。

                                  

先回顾一下冥王星的故事吧

  1400光年意味着什么?正巧最近冥王星也非常热——尽管在物理上它是一颗“极度深寒”的星球,那我们就拿冥王星的故事当作标尺来用用吧。

  1400光年,就是说以光速(每秒30万公里)运行,需要1400年。而冥王星作为太阳系较为边远的天体,它离太阳的距离,以光速运行大约需要5个半小时。这里就需要开始上算术课了:1400年 = 365×24×1400 = 12264000小时,也就是说,“开普勒452b”离地球的距离,是冥王星离太阳距离的12264000÷5.5 = 2229818倍,或者更粗略些说,“开普勒452b”离我们的距离是冥王星离我们距离的200多万倍。

  考虑到冥王星距离太阳是地球和太阳平均距离的大约40倍,在谈论“开普勒452b”和我们的距离,或冥王星和我们的距离时,为了方便,我们其实已经可以忽略地球和太阳之间的平均距离(1个天文单位)。这样我们就知道,如果说“开普勒452b”是地球在远方的“大堂兄”或“大表哥”,则冥王星简直就像和我们紧挨着的近邻。

  那么我们就来看一看,我们对于冥王星这个紧挨着的近邻,究竟知道了多少。

  通常我们关注某颗行星,特别重要的是它的这几个参数:尺度、质量、公转周期、与地球的距离。

  冥王星是1930年发现的,1980年出版的《中国大百科全书·天文卷》告诉我们,冥王星的尺度“至今仍未定准”,最初定为6400公里,后来给出的下限是2000公里,当时常采用2700公里的说法。现在较新的数据是2370公里,前后相差2.7倍。

  冥王星的质量,在1971年以前被定为0.8地球质量,但到1978年被确定为0.0024地球质量,前后相差333倍。

  只有冥王星的公转周期,前后说法相当一致,约248年,但要注意,从冥王星被发现迄今,它只运行了公转周期的三分之一,天文学家还远远没有见证它绕着太阳走完一圈,所以修正的余地仍然存在。

  我们对冥王星的探测已经超过85年,2015年7月14日,“新地平线号”探测器已经从冥王星身边掠过,但我们对这颗“肮脏的冰球”所知仍然极为有限。想一想,对于比冥王星更遥远200多万倍的“开普勒452b”,天文学家能知道多少?他们有多大的依据可以断定这是“另一个地球”?

  另外,NASA又是用什么手段“发现”了“开普勒452b”的呢?听起来也玄得很,他们的方法是“凌星法”。“凌星法”本来并不玄,比如当金星运行在地球和太阳之间时,有时会在日面上呈现一个微小的黑点,这就是所谓“金星凌日”。但是对于一个比冥王星还要遥远200多万倍的恒星来说,是不可能有“日面”的——它无论在多大的望远镜中都只能呈现为一个光点,这种情况下有行星“凌日”能让我们“看见”什么呢?据说这会导致望远镜中那颗恒星的亮度出现极为微弱的变化,NASA的科学家就是根据这一点“发现”了“另一个地球”的,这究竟能有几分靠谱,你自己去估摸吧,反正能造成遥远恒星在望远镜中呈现亮度微弱变化的原因,还有好多种呢。

 

科学界这些镜花水月的发现啊!

  30多年前,有一本《物理世界奇遇记》,在中国理科大学生中红极一时,书中有一句虚构的台词:好莱坞这些粗制滥造的电影啊!是我们同学经常在开玩笑时要拿来用的。现在,一句模仿的感叹,经常在我脑海中盘旋:科学界这些镜花水月的发现啊!

  近年一系列科学新闻,都有某些共同之处。从言犹在耳的“原初引力波”,到此次“另一个地球”,中间还穿插着小一些的新闻,诸如在火星上“可能有水”啦(注意,在无法判断那上面到底有没有水的情况下,科学家们总是说“可能有水”而从不说“可能没水”),冥王星上的“大平原”或“氮河”啦……。科学家们经常急不可待地将一些捕风捉影的、只是猜测的“重大科学新闻”向媒体兜售,有时学术论文还没有正式发表,就先向大众媒体和科普杂志披露,甚至不惜过一段时间后再向大众媒体和科普杂志表示先前披露的重大新闻“那是一个错误”(所谓的“原初引力波”就是这样)。

  有些媒体和记者还喜欢跟着激动——至少是在文章和报导中装作很激动的样子,比如这次的“开普勒452b”,竟然被说成是“科学发现改变三观”,甚至提升到“为万世而未雨绸缪”这样的骇人高度。这恐怕已经是“刻奇”(Kitsch)了,当心过几天NASA的科学家又出来轻描淡写地对你说“那是一个错误”啊!

  那么“开普勒452b”到底有什么意义呢?老老实实看只能有两个:一、也许这样的行星上会有和我们人类类似的高等智慧生物和高等文明。二、也许将来我们地球人类可以移居到这样的行星上去。

  我们从小在教科书上读到的是:生命产生的基本条件是要有阳光、空气和水。这个说法并没有错,但它只是从地球这个唯一样本“归纳”出来的。常识告诉我们,只靠一个样本根本无法形成基本意义上的“归纳”,但这一点在我们谈论生命、高等智慧、行星环境之类的问题时,却经常被遗忘。比如,为什么不能想象一种无需呼吸空气或无需阳光和水的生命形态?如果我们同意还可以有其他多种形态的生命或文明,那就将不得不同意,在千千万万个天体上都有可能存在生命,或存在高等文明。这样,“发现另一个地球”的第一个意义就被消解了。第二个意义更加镜花水月,只要想想“开普勒452b”离我们1400光年就知道了,以人类现有的航天能力,飞往那里大约需要两千万年(参见上一堂算术课)。

  其实“发现另一个地球”还有第三个意义,倒是相当现实的——NASA近年来一直受到削减经费的困扰,它迫切需要增加各方对它的关注。

 

 

 

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