探索外星生命 (4) — 向另一個地球找尋文明的跡象

尋找與地球環境相似的天體是探索外星生命的重要方向,在目前發現6000多個系外行星當中,有一個行星與地球有許多條件相仿。另外還有一個行星系統與太陽系一樣具有多顆類地行星。科學家收集了來自外太空的資料,並召集有志之士加入,協助找尋外星文明的跡象。

撰文|許世穎

圖片出處 NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pyle

 

●   Kepler-186f:另一個地球?

科學家普遍相信,地球之所以能讓生命蓬勃發展,是因為液態水得以穩定存在。尋找宇宙中其他可能蘊藏液態水的天體,成為外星生命可能性的重要指標。在本系列前作《探索外星生命 (3) — 尋找遠在他鄉的行星》中提到,目前科學家找到的系外行星已經超過5000多顆!大約有60顆左右在適居帶,有可能蘊藏液態水!

這些系外行星當中,最令人感到興奮的發現就是「Kepler-186f」,「Kepler-186f」是從克卜勒太空望遠鏡的觀測資料中找到的。系外行星的命名方式是「母恆星的名字+英文字母」,英文字母代表該恆星中發現行星的時間順序,「b」是第一顆,接著依英文字母順序「c、d、e…」往下命名。因此,「Kepler-186f」的意思就是「人類所發現第5顆繞行Kepler-186的行星」。

「Kepler-186f」的母恆星「Kepler-186」是顆紅矮星,比太陽的溫度還要低,因此它的適居帶範圍整體也比較集中。「Kepler-186f」繞行母恆星的公轉軌道大約是地球到太陽距離的0.35至0.4倍,剛好落在適居帶的外圍(圖1)。

圖1:Kepler-186行星系統與太陽系比較。Kepler-186的溫度較低,因此適居帶範圍也比太陽系來得更靠近中心。Kepler-186f是人類發現第5顆行星,靠近適居帶外圍。圖片來源:NASA

 

這顆系外行星特別的地方不止於此,它的行星平均半徑大約是地球的1至1.5倍。依照不同的組成,質量大約是地球的0.32倍(純水/冰)至3.77倍(純鐵)。如果成分和地球相仿(1/3鐵和2/3矽的岩石),質量大約是地球的1.37倍。半徑、質量都與地球差不多的話,就代表重力大小也與地球差不多。

 

總結來說,這是一顆與地球大小相仿、同時位於適居帶的系外行星。地球是目前已知唯一一顆有生命存在的天體,因此一顆與地球環境類似的行星自然也備受矚目。不過由於Kepler-186距離地球相當遙遠(580光年),要取得更精準的資料相當不易,得仰賴未來等更靈敏的望遠鏡觀測後才能有進一步的發現。

 

●   TRAPPIST-1:另一個太陽系?

另外一個也受到相當矚目的是恆星「TRAPPIST-1」,科學家在西元2000年發現了這顆恆星,原先的名稱叫做「2MASS J23062928–0502285」。它的質量比太陽小得多,只有太陽的0.09倍,半徑也只有太陽的0.12倍。後來從專門搜尋系外行星的觀測計畫「凌星行星及原行星小望遠鏡(TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope,簡稱TRAPPIST)」資料中,發現這顆恆星有3顆行星,因此將這顆恆星另外命名為「TRAPPIST-1」。後來從包含了其他望遠鏡的觀測資料中,科學家又在這裡多發現了4顆行星!

目前在「TRAPPIST-1」行星系統中發現的7顆行星全都像地球一樣由岩石所構成,這些行星的公轉半徑雖然都比水星還要小,但如果將整個行星系統依照母恆星的溫度與太陽系類比的話,這些行星的位置分布在太陽系中水星到火星外面一點的範圍,而位於適居帶當中的則有3顆,甚至其中2顆質量、半徑都與地球相仿,同時還在適居帶中(圖2)!

圖2:TRAPPIST-1行星系統與太陽系比較。TRAPPIST-1的溫度較低,因此適居帶範圍也比太陽系來得更靠近中心。有3顆行星位於適居帶範圍。圖片來源: NASA/JPL-Caltech

 

科學家目前推估,這個母恆星的年齡大約是54億至98億年之間,比我們的太陽(46億年)還要年長,太陽系在經過46億年以後,出現了像人類這樣的高智文明。而「TRAPPIST-1」行星系統比太陽系多發展了數億年,會不會也發展出了高智文明呢?這個問題就得留帶後續更多的研究來揭曉了。

 

●   從資料海中找尋外星文明的活動跡象

隨著觀測資料的累積,接下來能找到愈來愈多位於適居帶的行星。加上更進一步的分析,或許有天我們真的能找到與地球條件一模一樣的星球。假使這些星球上面真的發展出了如人類一般的高智文明,那要怎麼做,才能知道上面有沒有其他的高智文明呢?

人類對於外星高智文明的的探索,基本上離不開人類自己的知識或經驗。目前人類已經最好用、最廣泛的遠距通訊方法是「無線電波」,現在常用的Wi-Fi、4G、藍芽、衛星通訊等都是屬於無線電波的範疇。如果外星高智文明的發展與人類一致,或許「他們」也使用無線電通訊。在假定外星高智文明也使用無線電通訊的前提下,我們要得知某天體是否有高智文明的其中一個方法,就是用望遠鏡去接收該天體方向傳來的無線電波,並嘗試從中找出「不自然的訊號」。

像這樣尋找地球以外高智文明的活動統稱為「搜尋地外文明計劃(Search for extraterrestrial intelligence,簡稱SETI)」。最積極參與這個活動的單位包含美國的加州大學柏克萊分校(UCB)以及非營利組織「SETI協會」等。加州大學柏克萊分校就曾用「艾倫望遠鏡陣(Allen Telescope Array)」朝著前文提到的「Kepler-186f」接收了一個月的無線電波資料,可惜結果沒有任何收穫。

搜尋地外文明計畫(SETI)曾朝許多方向收集資料,日積月累下來所需要分析的資料量非常龐大。加州大學柏克萊分校曾舉辦過一個「SETI @ home」活動。如果加入的話,電腦在閒置的時候,多餘的運算資源就會被利用來分析資料,還可以從螢幕保護程式看出分析的進度(圖3)。2008年的時候每天新增的資料量高達300G!不過或許是因為毫無收穫、資金短缺,這個計畫在延續了差不多20年以後,已經在2020年停止,不再分配資料給個人電腦去做運算。目前原網站仍然留給相關領域的人交流,不過熱絡度已經淡了許多。

圖3:SETI @home的螢幕保護程式畫面。圖片來源: SETI@HOME

 

除了這種「被動」分析外太空無線電波訊號的方法以外,人類也可以主動出擊,向外太空方送來自地球的訊息。除了發送無線電波訊息到外太空以外,還可以送宇宙版本的「瓶中信」出去......(待續)。

 

 

參考資料:

  1. NASA / Kepler-186f, the First Earth-size Planet in the Habitable Zone (2022.07.18)
  2. Elisa V. Quintana et al., An Earth-sized Planet in the Habitable Zone of a Cool Star, Science. 344, 6181, 277-280 (2014)
  3. NASA Science / 10 Things: All About TRAPPIST-1 (2022.07.18)
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