没有B行星

詹姆斯·韦伯太空望远镜点燃了我们寻找另一个地球的狂热,但这却忽略了问题的本质。
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2016 年,开普勒-186f 被发现,这是首颗位于宜居带的地球大小的行星。NASA/Ames/SETI Institute/JPL-Caltech

自 1992 年以来,天文学家已经发现了近 5,000 颗系外行星,并估计仅在我们的银河系中就有数十亿(甚至 数十亿)颗。考虑到这些数据,想象一下在光年之外,可能存在另一个类似地球的星球,等待着有魄力的地球人去发现,这是一件很美好的事情。它可能有大陆可以踏足,有可以呼吸的合理大气层,有可以饮用的水,有可以开采的资源,还有可以觅食的食物。我们探索的精神,必将有一天被曲速引擎所祝福。

这颗假设的行星有一个名字:B星球。意思是“B计划”。这个象征性的 B 星球,无论是现实还是哲学意义上的,都像是我们的“逃生舱”,当我们在这颗 A 星球上遇到麻烦时,可以去那里。这颗地球的近亲早已出现在科幻作品中,塑造了地球人(有时是潜意识地)对这类地方的构想。“我们甚至没有想到,像《星球大战》这样的故事是发生在系外行星上的,”耶鲁大学人类学家、书籍《外太空的定位》的作者 Lisa Messeri 说。毕竟,《新希望》比任何实际的系外行星被发现早了 15 年。

然而,科学家们对世界的模糊描绘与公众生动的想象之间存在巨大差距。真实行星的细节仍然模糊不清,望远镜只能确定它们的大小、质量、与恒星的距离、大致温度,以及——在某些条件下——大气中漂浮的某些分子。科学家们不确定有多少颗 B 星球的候选者,或者其中是否有任何一颗真正像地球。

将于 12 月 24 日发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜将有助于(略微)弥合这一差距,其巨大的镜面和仪器将更清晰地聚焦遥远的地方。但在公众想象中,行星可能永远比我们科学上能辨别的拥有更多个性与希望,部分原因在于科幻小说在塑造其角色方面悠久的历史。


行星早已作为“非凡旅程”的终点出现。早在 16 世纪,“我们就‘发现’了所谓的‘新大陆’,以及所有这些动植物,并将描述和所有这些酷炫的东西带回欧洲,”芝加哥大学科幻小说学者 Ana Klimchynskaya 说。到了 18 世纪,作家们开始将这种新奇感延伸到大气层之外,延伸到地球人可以居住的不同行星。在启蒙时代的政治和社会实验性思想中,他们设想了人类生活可能发生的变化:其他世界成为政治讽刺和“蓝色天空”式假想的载体。“我们还能用其他哪些方式构建社会?”Klimchynskaya 说。“乌托邦会是什么样子?”

那种写作是一种原始科幻小说的形式。今天我们所认为的真正的科幻小说,直到 19 世纪才开始出现,因为科学本身在公众中流行起来,国家工业化,进化论被广泛接受,我们了解到地球已经很古老,并且曾经有过恐龙。科学严谨的推测渗入了文学。Klimchynskaya 说,它产生了“一种基于人类对世界的新掌控感的新叙事形式”。以及“其他”世界。

在 20 世纪初到中期以及至今,许多虚构行星仍然只是*某种程度上*像地球。它们是芝加哥大学科幻小说学者 Katherine Buse 所称的“非生态性”:只包含真实世界的一两个方面。一个只由橡胶制成的球体,一个沙漠星球,或者一个只由女性居住的星球。作家们并非出于物理或技术原因而捏造这些特征。这些行星,就像非凡旅程的终点一样,是为了承载推测而存在的。

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“超级木星”Kappa Andromedae b 的大小是太阳系中“双胞胎”的 13 倍。NASA 的戈达德太空飞行中心/S. Wiessinger

Buse 说,当作者 Harry Clement Stubbs(笔名 Hal Clement)于 1954 年出版《重力任务》时,文学的可能性发生了转变。在这部连载小说中,他设想了一颗重力是地球 700 倍的行星。那里寒冷,自转迅速,充满液态甲烷。外星人适应了这些条件。情节围绕着角色们试图理解天气、地质、大气和重力的尝试展开。理性的调查让他们摆脱了困境。“答案总是某种程度上的跨学科融合,”Buse 说。

Stubbs 的作品还展示了如何从零开始构建一颗行星,并让读者将其体验为一个完整的世界。他的作品以及后来的小说,让人类产生了一种感觉,即我们并非宇宙中唯一的星球,并且其他星球可能是可以生存的,即使不完全像地球,也可以通过科学工具来实现。

然而,视觉科幻小说对普通人如何理解“类地系外行星”的含义产生了更强大的影响。例如,《星际迷航》中的世界向我们灌输了关于系外行星外观的想法,这些视觉效果潜意识地渗透到社会观念中。

但由此产生的景象相当随意。例如,星际迷航中的世界往往看起来像洛杉矶周围的地区,但这并不是因为系外行星可能类似于我们的科技中心。“他们没有预算,所以他们就到外面去了,”Klimchynskaya 说。《星际之门》则是在不列颠哥伦比亚拍摄的,所以所有的行星看起来都像温哥华。

公众想象中北美风格的星球数量也具有误导性。“人们看《星际迷航》,然后说,‘银河系一定到处都是宜居行星’,”密歇根大学天文学家 Kaitlin Rasmussen 说,她研究系外行星

随着地球面临气候变化和核武器等生存危机,这种“到处都是”的感觉尤其诱人。“面对存在另一个人们还没有完全搞砸的世界,这一点尤其吸引人,”Rasmussen 说。这种想法本身就可以作为一种哲学上的 B 星球——一个逃避现实的幻想,如果不是一个逃生计划的话。


但是,“到处都是”可能不是形容非虚构 B 星球密度的正确词语。“现实是,我们真的不知道,”Rasmussen 说。“我们还没有在太阳系附近找到任何类地行星。我们有可能找到,但宜居范围和寿命——它们实在太狭窄了。”

这种稀缺性很容易被遗忘,或者根本不知道,当新闻报道经常吹捧发现“地球大小”的行星或位于“宜居带”的行星时。这些术语听起来很像“实际上类似于地球”和“实际上宜居”——你知道,就像电影里那样。但天文学家只是指那颗行星是一个非气态的、可能存在液态水的世界。

这就像一个非常空洞的 Tinder 个人资料,无法划右。行星的“约会照片”也远非清晰的图像——更像是在黑暗的俱乐部里拍摄的照片,有大量的霓虹灯背景光。

科学家们可以分辨出诸如行星的宽度、质量、与恒星的距离,以及它有多热或多冷等基本信息。借助当今的仪器,例如哈勃望远镜或欧洲南方天文台的3.6 米望远镜及其高精度视向速度行星搜索器,他们可以确定大气中某些分子的含量……但这只适用于靠近其恒星的大型行星。

当我们考虑其他行星时,我们实际上总是在考虑地球。

Katherine Buse,科幻小说学者

当一颗行星从地球的角度从其恒星前方经过时,它会阻挡少量恒星的光——就像一只蚊子飞过你的营地灯一样。(这种遮挡通常是它存在的最初迹象)。穿过行星大气的星光微光,以及过滤光中的信号,可以揭示大气中的成分。轨道靠近的大型行星在比例上阻挡和过滤了更多的恒星光,使其更容易被辨认。“在接下来的十年里,我们将开始向更小的行星转移,这些行星仍然太热,不在宜居带内,”Rasmussen 说。这距离能够真正了解这些行星的*情况*,以及它们是否具备生命存在的特征,还有很长的路要走。

然而,科幻爱好者并不是唯一对想象和寻找类地行星感兴趣的人。天文学家之所以受到激励,并非因为寻找逃生舱,而是因为有可能理解我们的地球如何融入,以及*我们*如何融入更广阔的宇宙。

不同的人以不同的方式应对这种存在的“”。一个虔诚的人可能会求助于经文,一个哲学家可能会求助于公理。“对于天文学家来说,这个问题会转化为:‘我们在宇宙中像其他地方一样吗?’”Messeri 说。答案需要弄清楚地球是独一无二的,还是普遍存在的,或者介于两者之间——以了解我们以及维持我们和生物圈存在的条件是独一无二的,普遍存在的,还是介于两者之间的。

她的研究揭示了科学家们对地球双胞胎感兴趣的另一种情感,这与哲学上的逃生舱并不完全不同:一种怀旧之情。“一种关于可能存在的地球的幻想,一个原始的地球,一个不受政治干扰的地球,”Messeri 说。系外行星,尤其是在目前数据匮乏的情况下,就像一张白纸。在它们纯粹的假设大陆上,人类可以投射出这个星球最理想化的版本。

这样一来,科学家对潜在 B 星球的探索和公众对其的构想,都源于对当下、对眼前事物的关注。“当我们考虑其他行星时,我们实际上总是在考虑地球,”科幻小说学者 Buse 说。


借助 JWST,科学家们正又近了一步,朝着找到类似地球的地方迈进。其巨大的镜面能量将帮助天文学家看到更远、更小的世界。“它可以收集更多的光,这能给我们带来更清晰的信号,”俄亥俄州立大学的研究生 Caprice Phillips 说,她正在研究 JWST 是否能够从比地球大但比海王星小的“气体矮星”上探测到生物信号。JWST 还能看到更宽范围的光波长,比哈勃望远镜看得更远,进入红外线,但它也关注一些可见光波长,这与只观察红外线的斯皮策空间望远镜不同。这不仅比我们肉眼能看到的光波长更长,而且也是氨等化学物质——当微生物分解氢和氮时会产生生物活性——发出更多信号的波段。

但即使 JWST 或未来的望远镜发现了潜在生物存在的有力迹象——比如大气中的氨(这是 Phillips 的专业领域)——工作才刚刚开始。“你不能马上就断言‘我们发现了生命。它存在’,”她说。后续观测需要重申该信号是否真的出现。此外,其他过程,如火山活动或太阳活动,也可能导致这种化学反应,所以天文学家必须排除其他可能性——这是一个模棱两可的过程,尤其是因为宇航员不能直接飞过去查看情况。

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哈勃太空望远镜观测到的巨大行星 WASP-33b 凌日其太阳的概念图。NASA/戈达德太空飞行中心科学可视化工作室

Phillips 和其他天文学家使用一个名为Pandexo 的软件工具来估算 JWST 可能能够揭示的关于真实行星大气的信息。当他们输入系外太阳系特征时——比如恒星的温度、行星的半径,以及望远镜观察行星凌日多少次——Pandexo 会输出望远镜的模拟数据,显示科学家们*认为*铍镜可能看到的东西。“当我们真正看到数据是什么样子时,会更酷,”Phillips 说。毕竟,现实世界很少能完美地反映虚构的预测——即使是那些通过软件生成的预测。

天文学家们对来自 TRAPPIST-1 等有希望的太阳系的真实数据很感兴趣,该系统有七颗地球大小的行星,其中三颗位于宜居带。但是要获得这些地方的清晰肖像并不是明天就能实现的目标。“我们可能还要一段时间才能做到,”Phillips 说。“但可以记在心里。”

需要耐心,因为人类能够看到系外行星——哪怕是所有——的能力是新近才有的。“这是一个非常新兴的领域,还有太多的未知,”Phillips 说。JWST 和后续仪器可能会,而且很可能会,推翻人类认为他们对行星及其大气层的一些令人惊讶的认识。对 Phillips 这样的科学家来说,这本身就是一种非凡的旅程。“驶向未知,”她说。“永远是。”

 

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Sarah Scoles

特约编辑

莎拉·斯科尔斯 (Sarah Scoles) 是一位自由科学记者,也是《科技新时代》的常客,自 2014 年以来一直为该刊物撰稿。她关注科学技术与社会、企业和国家安全利益的互动方式。


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