寻找外星生命
2009年5月26日星期二自人类文明开始以来，人类对存在于地球以外的生命的猜想和探求就没有停止过。在浩瀚的宇宙中人类是否唯一的智能生命？生命现象是偶然的还是进化的必然？在别的星球上如果存在生命的话，它们是否有着和我们相似的组成和结构？对于这些问题的探索有助于人类了解生命的起源和进化。随着望远镜和太空飞行器的发展，人类已能观测到一百多亿光年远、宇宙形成之初的景象；人造飞行器最远已达到太阳系的边缘；人造探测器已登临太阳系中数个星体；人类的足迹也已踏上月球。尽管至今还未发现生存于地球以外的任何生命形式，但是人类对于生命可以生存的条件的认识以及检测这些条件是否存在的手段无疑是大大地提高了。
人类曾梦想外星生命有着与人类相似或更高等的智能，它们访问过地球，或者如我们一样正努力寻找着它们星球以外的生命。目前飞得离我们最远的旅行者号所载的“地球人的名片”刻画上了地球人的形象、太阳系和我们的语言音乐等，希望有朝一日它被某个智能生命发现后，它们能够知道我们的存在。世界上还有一些组织，如“搜索外星智能研究中心”通过大型射电望远镜搜集来自宇宙深处的无线电信号，并号召全球联网的个人电脑下载屏保程序加入分析其中有没有来自外星的问候（看过朱迪福斯特演的科幻片《接触》或可口可乐广告中科学家们把坐在大望远镜天线上的小孩打的饱嗝当作远方来的“哈喽”的，不会对此感到陌生）。至今，没有任何可信的证据表明我们已收到外星文明的问候，当然这并不否定外星文明的存在，只不过可能时间和空间的距离阻隔了它们与我们的交流。因为外星文明的发展或许会和我们地球上很相似，而地球上发展出能使用无线电通讯的高度文明距今不到一百年，相较地球46亿年的年龄来说只是一瞬间，而生命在地球上已存在了大约35亿年，接近地球的年龄，它们对地球上环境的改造，如产生富氧的大气圈，是可以通过对光谱的测量在遥远的宇宙探测到的。显而易见，即使不考虑所有星球的生命进化出高等智能的可能性有多大，基于一个星球上有生命存在的时间比有高度智能的文明存在的时间要长得多的考虑，人类发现外星生命的几率比发现外星智能的几率要大得多。
过去人们认为，生命离不开水、氧气、适宜的光照和温度等条件，而宇宙中恰巧拥有所有这些条件的星球可能会很少。但通过近年来的研究人类发现，在地球上生命可以存在的区域远比过去的认识广阔得多——在火山地质活跃地区无氧而强酸性的池塘里，万米深渊漆黑一片的海沟下，甚至地下十多公里深处的岩石中都发现有生命，人们开始认识到生命存在的条件没有过去认为的那么苛刻。人们越来越觉得，既然地球形成后短短10多亿年就形成了最早的生命，对于有130多亿年年龄的宇宙来说，生命的存在也许是一件很普遍的事——只要满足某些条件，宇宙中类似于地球的星球上都会进化出生命。寻找类似地球的星球，就成了寻找外星生命的第一步。
探索外星生命首先从太阳系内部开始。我们已经发射了数十个探测器近距离观测那些拥有固体表面且有足够大小的星体包括火星等类地行星和木星、土星等类木行星的大卫星如土卫六等。其中包括发射于上世纪七十年代、目前均已飞抵太阳系边缘的两艘旅行者号宇宙飞船和1997年发射、目前仍在作土星及其卫星探测的卡西尼探测器。有些探测器甚至着陆于星体表面作零距离接触的测量，其中最著名的莫过于至今仍在火星上孜孜不倦地探索着的机遇号和勇气号，和发现土卫六表面有液体流淌的惠更斯探测器。尽管还没有发现有生命存在的证据，但是已有充分证据表明液态的水曾经在火星表面流淌，而目前水以冰的形式存在于地表，或许是溶于水中强酸性的高氯酸阻止了生命的形成，火星大气中发现的甲烷又不得不使人们联想到它可能源于生命。总之还有很多未解之谜，相信在不远的未来，人类可以通过发射探测器或亲自取回火星物质，在地球上做更仔细的分析，就像四十年前人类成功登月后所做的那样，找到火星是否存在或存在过生命的答案。
在太阳系中，星体与太阳的距离适中，其表面液态的水能长期稳定存在的，即处于生命宜居带内的行星只有地球一个。太阳系以外的恒星如果也如我们的太阳一样有行星环绕，它们中可能有一些也处于各自恒星的宜居带，因此寻找太阳系外行星尤其是类似地球大小和公转周期的行星成为寻找外星生命另一重要途径。
自1995年起，人们已发现近400个太阳系外行星。近年来，由于人们日益重视此项研究，在观测仪器的不断改进下，更加快了发现新的太阳系外行星的步伐，而且发现的重点从大的气体组成的类木行星转移到和地球差不多大小的固体行星上。此项研究也能帮助人类了解行星和恒星系的形成。目前搜索太阳系外行星的方法主要有五种：直接观测法、多普勒效应法、天体测量法、引力透镜法和凌星法。
直接观测法通过直接观测行星的运行轨道来判断行星的存在。因为行星自身不发光，而是靠反射它所绕行的恒星的光被观测到的，然而这两者发的光强相差达十亿倍以上，这就如同在远处看清一群在聚光灯边飞舞的飞蛾一样困难。实际上，人们通过观测红外线波段可以使两者光强相差缩小到一百万倍，另外通过特殊设计的望远镜遮挡住中心恒星的入射强光，只观测行星反射的微光。尽管如此，此方法只适用于观测木星大小和距离恒星较远的行星，但它所能提供的行星运行轨道、质量、光谱等详细的信息是其它方法所无法比拟的。
多普勒效应法是通过测量恒星在行星的万有引力作用下，恒星运动速度的周期性变化。如果这个星系的运行平面不垂直于我们的观测方向，我们就可以利用多普勒效应（运动的物体发出的波被观测者接受到时频率会发生与相对运动速度相关的变化，如疾驰而过的火车的鸣笛由高突然变低），通过观察恒星的光谱中特定元素谱线的频移来推断这个星系中各个行星的运动周期。可是因为无从知道这个星系运行平面的夹角，人们只能推算出行星质量的下限。另外这种方法要求行星完成一整周公转，因此首先发现的都是大块头，距离恒星较近（因而公转周期较短）的行星。目前发现的太阳系外行星绝大部分是用这个方法找到的。统计表明，至少有15%的类似太阳的恒星系中有这种大块头且公转周期小于十年的行星。可见，行星在宇宙中相当普遍，而且随着观测数据的积累和观测精度的提高，更多的长公转周期和小块头的行星将会被发现。
天体测量法则是通过精确测量恒星在天空中的位置来推断它周围行星的运动。它对恒星垂直于观测方向的运动敏感，这正好可以弥补多普勒效应法只对平行于观测方向运动敏感的不足。两种方法结合使用就可以获得完整的恒星在行星引力作用下的三维运动，从而提高对行星质量估计的准确度。
引力透镜法利用的是广义相对论的原理。它告诉我们，恰好被待观测恒星系挡在后面的明亮星体发出的光线会被这个恒星系中的星体弯折而放大，就如同一个凸透镜汇聚光线一样，因此当这个恒星系运行通过这个星体时，我们会观测到这个星体的光强先变强再变弱，而星系中个头和引力较小的行星就会在这个缓慢的光强变化的背景下产生一个较快速变化的小峰。这种方法对发现小个头、类似地球的行星特别有用。
最后，凌星法很简单，凌星就是恒星的表面部分被行星所遮掩。回到前面的探照灯的例子，尽管飞蛾反射的光很弱不易观测，但是如果它飞到探照灯前就能挡住探照灯的光，人们可以通过探照灯光强的减弱推知飞蛾的存在。类似的，可以通过监视恒星光强的变化来判断是否有行星从前面通过。显然，行星个头相对恒星越大，产生的恒星光强变化就越大，比如地球可以遮蔽太阳不到0.01%的光，而木星则可以遮蔽太阳约1%的光。但是要观察到这种行星凌星的现象要求行星的公转平面要几乎平行于我们的观察方向，于是越靠近恒星的行星满足这个条件的几率就越大，比如在宇宙中随机分布的观测者中约0.5%能观察到地球凌日，而能观察到木星凌日的幸运儿则不足0.1%，所以这种方法比较适合观测离恒星比较近的行星。因为多数情况下光强变化是如此之小，而由于大气层造成的光强波动就可能掩盖凌星产生的光强变化，所以最好的观测方法是发射望远镜到真空的太空中做长期稳定的观测。今年3月份美国宇航局成功发射的开普勒太空望远镜就是为了这个目的。除了每年四次调整姿态使它的太阳能电池始终对着太阳以外，在至少三年半的时间里，它将几乎不眨眼地凝视着银河系中织女星和天津四之间约二十个满月直径的一片天空，每半个小时记录一次其间约十万颗恒星的光强。选择这片天空的原因在于这里有最多的和太阳相似的恒星，在它们中间找到类似地球、承载着生命的行星的可能性最大。开普勒太空望远镜就是专为探测这样的行星而设计的，它能探测到光强仅0.002%的变化，因而如果在那片太空有一个太阳系的孪生子的话，它有可能发现那另一个地球。因为前面提到的行星轨道平面取向的原因，这十万个颗恒星中可能只有几百个可以从地球上观察到它们类地行星的凌星。考虑到类地行星公转周期和地球相近，1年左右，开普勒太空望远镜的观测需要几年以后才有确切的结果。
目前已发现的太阳系外行星都是体积巨大的类似木星的气体星球，还有不少是离恒星很近、公转周期只有几天、被烤得炙热的行星，不大可能有生命存在。未来的几年间，开普勒太空望远镜很有可能筛选出数个类似地球大小和质量的行星，它们中的某些恰巧位于它们各自恒星的宜居带里，这时人们可以通过分析这些行星的光谱，分析它们的大气结构，寻找氧、水、甲烷等指示生命存在的物质，这样我们就离解开地球生命在宇宙中是否孤独之谜不远了。