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还未走出太阳系
咱们的国际——地球——对咱们来说意味着全部。它的巨细、到太阳的间隔和太阳自身都适可而止地能够构成液态水，孕育像咱们这样的生命。可是，近几十年，甚至近几个世纪以来，科学家和哲学家们都在仰视星空，询问着自己相同的问题：地球终究有多么特别？这些是否特性很稀有，甚至绝无仅有？或许说，在许多的国际中，这样的星球其实并不稀有？
在曩昔的几十年里，咱们一向在探究咱们在国际中的方位。在每一次转折中，研讨人员都会发现新的惊喜。
杰克-利索尔："关于行星探究，有一个总的主题，那便是多样性。当咱们调查时，全部都比料想的愈加多样化"。
这是美国宇航局艾姆斯研讨中心的太空科学家杰克-利索尔。他亲眼目睹了研讨人员是怎么发现这些细节和多样性的。你看，假如咱们把时刻退回到50年前，那时候已知行星的数量和曩昔的几个世纪比较其实并没有太大的改变。
太阳系中的行星分为三类：气态巨行星（木星和土星）、冰态巨行星（天王星和海王星）以及岩质行星（水星、金星、火星，当然还有地球）。
这是 1971 年宣告在《地理学和天体物理学年度谈论》上的一篇题为《火星和金星的大气层》的谈论中的一段话。地球与它的两个街坊究竟有多大的不同，以及为什么不同，这在其时是一个十分敞开的问题。
杰克-利索尔："我以为，在 20 世纪中叶，依然有人以为火星或许十分像地球。这个观念在 20 世纪初十分盛行。"
跟着时刻的推移，咱们对太阳系中的行星进行了更具体的研讨。20 世纪 70 年代，苏联和美国的许多登陆器争相登陆咱们的街坊金星和火星。1977 年发射的旅行者号勘探器访问了太阳系的四颗外行星。每一次使命都为太阳系的拼图供给了更多的碎片，提醒了行星是由什么构成的，它们有多像和不像，以及它们——甚至整个太阳系——是怎么和何时构成的。
荷兰莱顿大学（Leiden University）的天体物理学家埃文·范·迪肖克（Ewine van Dishoeck）是（《地理学和天体物理学年度谈论》）的联合修改。她见证了咱们对火星、金星和地球的知道是怎么跟着时刻的推移而演化的：
埃文·范·迪肖克: “或许它们的诞生办法十分相似，但咱们了解到——在之后的45亿年中，它们的演化办法天壤之别。这便是地球现在是国际中绝无仅有星球的原因。金星和火星或许一开端有附近的含水量，但它们的演化却天壤之别。”
这样说来，地球或许并没那么特别：其他行星或许也一开端就有水存在，咱们的行星——地球，仅仅由于与太阳的间隔特别，恰逢其他一些关键要素，因而稍微走运了一些。但实践上，有一些十分重要的要素使得地球异乎寻常。
保罗·巴特勒: “当然，关于地球最特别的一点是它孕育了咱们——生命。”
保罗·巴特勒，是卡内基科学研讨所的一员。在20世纪70年代，地球既一般又特别，一般在它仅仅另一个类地行星；特别点在于——它是咱们所知的国际中仅有的生命之家。可是这一观念有一个重要的约束。几十年前，咱们只知道一个被行星盘绕的恒星——太阳。这意味着，正如1971年的一篇谈论所解说的那样：
可是，在国际的布景下谈论地球是否特别并不能仅仅约束于地球在太阳系中的方位。人们正在进行一项使命，即：探究其他恒星是否真的具有自己的行星，以及剖析这些行星的特色。
埃文·范·迪肖克: “我想，其时必定有许多关于其他行星体系的猜想。现在是否有像地球那样共同的行星是颇有价值的问题，两种观念都曾有人提出过。”
事实上，早在几百年前就有人提出在太阳系之外存在行星这个观念。1584年，意大利哲学家乔尔达诺·布鲁诺就以为：
系外行星
哥白尼的异端观念或许导致了他在16年后被处决。300年后的18世纪和19世纪，人们好像一个接一个地“发现”了外行星。例如，早在1855年，就有人经过调查到一对彼此环绕的恒星的运动反常来估测存在系外行星。
20世纪，关于新行星的报导增加了，可是随即又呈现了一个问题。
杰克·利索尔（Jack Lissauer）：“在60年代和80年代初，有关初次发现系外行星的新闻登上了头条。这些新闻都声称他们报导的行星是人类初次发现的系外行星，可是他们都声称自己是初次发现一定是不对的。”
实践上，跟着更多依据的呈现，几乎一切这些报导的“初次发现”都被证伪了。
像咱们刚知道的杰克·利索尔这样的一些研讨人员，并不想一向等候直到一个被证明的发现终究呈现。相反，他们致力于提出理论来展现或许存在的状况。在他1993年宣告的一篇名为“行星构成”的总述中，杰克指出：
“咱们只对一个行星体系有着切当的了解——那便是咱们所日子的太阳系。所以，现在来说，理论模型为咱们供给了最佳的手法来估测咱们地点的银河系中行星体系的丰厚度和多样性......”
当然，只要一个太阳系和一些关于年青恒星周围物质盘的依据，这样的研讨充满了估测。现在回头看，杰克发现研讨作业的约束性。
杰克·利索尔：“假如人们做出了具体的猜测，效果往往不尽善尽美，但总的来说，咱们根本上仍是朝对的方向尽力的。”
与此一起，保罗则对前期关于构成咱们太阳系之外行星的理论作业的点评毫不客气。
保罗·巴特勒：“每个行星构成的理论都有一个共同点，那便是它们都差得离谱，几乎毫不相干。咱们其时被约束困住了。”
可是在1993年，这些模型无从验证。人们期望能经过实践调查其他行星体系来“终究”获得更多的约束条件。
“终究”这个词在那个时候听起来好像还遥不行及。究竟，要观测到外行星，需求许多技能上的打破。地理学家需求活络的光谱学技能来勘探恒星细小的运动，这样才干显示出有行星的引力在影响它的运动。一起，他们还需求强壮的核算才干和存储空间来处理这些数据。
第一个系外行星的发现
两年后，到1995年，有一个宣告发现了第一个相似太阳的恒星周围的外行星。这颗奇特的候选行星的特征又是很乖僻——它好像质量挨近木星，但不同于间隔太阳很远的木星，这颗星在近间隔环绕着恒星旋转，大约四天绕行一周。
保罗·巴特勒：“大多数人都以为那是过错的，由于首要，直到那时一切声称找到系外行星的声明都是假的。其次，一切人都知道在每四天为一周期的轨迹上不或许有一颗像木星那样的行星，这种主意十分荒诞。其时咱们在接下来的一周恰巧有四晚能够在望远镜上进行观测。咱们带着置疑的情绪曩昔，以为不或许看到效果。在那四天完毕后，咱们对着效果感到震动，那些数据彻底正确。这样的作业真的存在，它具有一个四天周期的轨迹，他们真的完结了一项豪举。这个音讯很快传遍了全国际。在随后的三四天里，咱们的电话响个不断。《纽约时报》《华盛顿邮报》，还有各种科学杂志都在不断地联络咱们。”
来自媒体漫山遍野的报导压的令人喘不过气来。可是这也能够了解，由于这是人类第一次对另一个地外星系的报导。1995年10月20号《纽约时报》这样进行报导：
假如这些发现得到了进一步的研讨证明，那么这些发现将会发生深远的哲学上和科学上的影响。人们关于太阳系是绝无仅有的存在这一种知道将会不攻自破，并且存在其他地外星系的或许性意味着国际内更有或许存在其它外星生命——或许是才智生命。
可是并非一切人都是如此的振奋。事实上，埃文记住其时学术界对这个试验的反响彻底不同。
埃文·范·迪肖克：当然，这彻底在情理之中。当然，它古怪的轨迹让这颗行星的成分和结构令人惊奇。可是我以为一切人都在等候这一个效果。某种程度上来说，人们对系外行星的探究有太多的负面效果，就好像是“这是怎么了？出了什么问题？咱们究竟哪里呈现了过错？为什么咱们看不到这些系外行星？”现在的这一试验效果让咱们如释重负，咱们总算找到这些系外行星了。
不管是如释重负仍是启示之录，这是第一次人类得以窥见系外行星，也得以理解国际的其他行星和咱们身边的太阳系中的其他行星是存在如此巨大的差异。虽然一些行星科学家现已考虑过如此巨大的行星在如此挨近其恒星的轨迹上作业的或许性，但这必定不是寻觅地外行星的要点。
杰克·利索尔：这也是为什么发现这个地外星系花了科学家们如此长的时刻，由于科学家们正在寻觅与咱们的太阳系更相似的东西。或许是更近一点的“木星”，或许质量更大一点，或许相似的东西。
在接下来的这几个月里，更多这些所谓的“热木星”被科学家们所发现，这表明这种看似特殊的行星实践上是多么遍及。保罗——咱们方才听到他描绘了他对第一颗系外行星的验证——发现了下一颗系外行星。1998年，他在《地理学和天体物理学年度谈论》上协作宣告了一篇谈论，具体介绍了第一批被发现的八颗行星。这篇题为《太阳系外巨行星的勘探》的总述也具体回想了这项研讨的进程。
这篇总述这样写道：
也便是说，这些巨型行星以及它们所作业的细小轨迹进一步完善了哥白尼的国际模型：也便是说，地球既不是国际的中心，也非国际的典型形象。
更多的系外行星
可是研讨未尽于此。究竟，现在为止发现的一切行星都让人想起太阳系中最大的行星：木星——一颗巨型的气态行星。所以，现在的问题是：地理学家能追寻到另一颗相似地球的系外行星吗？在保罗具体介绍前八颗系外行星发现的同一期的另一篇文章中，这篇题为“地理查找类地行星和生命痕迹”的总述具体介绍了现在科学家们还有多少作业要做：
这项研讨要求数年的作业、新的望远镜、新的东西和技能。可是即便在1998年，这些方针依然犹在天边。
跟着技能的开展和年代的前进，地理学家更有才干发现系外类太阳系星系了。第一颗系外行星是地理学家们经过调查行星的主星摇摆发现的，这一现象也提醒了行星的细小引力拖曳。但与此一起，越来越多的地理学家报导了行星在穿过恒星前方时，恒星的光线稍微变暗的现象。这些办法的结合使科学家在2009年报导了第一颗或许为岩石行星的发现。同年，一个专门为寻觅系外行星的卫星发射升空。这架开普勒太空望远镜的作业使地理学家们能够以史无前例的频率观测恒星的亮度。
杰克·利索尔：咱们开展出了一片新的学科范畴，并且这门学科范畴从1995年的一无一切开展成为地理学的几大主要内容之一。没有人能够猜测到这个范畴能够以如此敏捷的速度生长为现在的规划。
伴跟着许多新发现的系外行星，科学家们也发现越来越多意料之外的星系。例如，具有极致偏疼轨迹的行星，这种行星与咱们地球近乎圆形的行星轨迹天壤之别。亦或是，环绕两颗恒星而非一颗恒星作业的行星。还有，那些在巨细上让人联想到地球的行星，但这些行星的轨迹间隔更近，或许环绕在更小的恒星周围作业。
埃文·范·迪肖克：假如回看咱们发现系外行星的发现前史，我以为咱们缺少一点点幻想力。我以为咱们现在知道了国际还有许多其他林林总总咱们不可思议的星系。以及其他林林总总行星。
保罗——一位参加了发现数以千计的星球的地理学家——乐于发现一切的这些惊喜。
保罗·巴特勒：这个进程的风趣之处在于，理论家们的每一步都错了。在发现新行星的每一个进程中，观测的效果都让理论家们发疯了。不过作为一个观测者，这根本上是最好的效果。
地理学家们一向在寻求尽或许多地了解这些行星。现在科学家们猜测系外行星的巨细和质量的研讨并不稀有。但鉴于离太阳系最近的系外行星与地球之间的间隔大约是地球和火星之间间隔的70万倍，因而系外行星的其他细节很难被观测到。可是，地理学家发现了这些行星的风趣特征。这些特征包含从行星的火山活动到轨迹卫星。地理学家们将人类能收集到的少数信息凑集在一起，能够协助地理学家答复最风趣的问题之一：这些系外行星中是否存在生命。
保罗·巴特勒：除非外星人对人类反常仁慈，并且向人类发送出他们的电视节目或是大英百科全书的内容或是随意什么播送的内容，不然人类是不会容易接触到地外生命的。
现在不知道咱们还没有捕获到这样的电磁波信号，虽然咱们依然在苦苦追寻着它们。为了更进一步主动地寻觅到地外生命，系外行星地理学家正在寻觅他们所期望的最佳依据：系外行星的大气层。
这段话引证自2010年的一篇总述文章，文章标题便是简略的“系外行星大气层”。这篇文章宣告在《地理学和天体物理学年度谈论》上。
“热木星”的研讨占有了大气科学研讨的绝大部分......
虽然这些“热木星”并没有孕育生命的或许性，这些文章相同在探究怎样的大气环境能够更有或许存在地外生命。文章具体剖析了地球大气环境中对孕育生命有利的要素，地理学家们正期望在系外行星中寻觅这些利于生命孕育的大气层。
现在，地理学家们依然只能开端剖析承认他们现已观测到的岩类行星的大气层。许多人寄期望于新一代的望远镜来翻开调查这些悠远国际的窗户。
埃文·范·迪肖克：我以为对行星大气层的研讨一定是寻觅系外行星的下一个热门。现在咱们能够在计算上探明晰这些行星的数量和行星的品种。可是，现在咱们十分需求对这些行星进行进一步观测，此外，这些大气在供给行星是否宜居的信息的一起也供给了关于行星构成的信息。
自从第一颗系外行星被发现以来的二十五年里，这个范畴得到了飞速开展。跟着越来越多的新行星的发现以及更为细节信息的获取，现在科学家们好像对第一个问题有了十分清晰的答案：地球有多特别？或是，你以为地球有多特别？
埃文·范·迪肖克：地球有多特别或是绝无仅有，依然是一个未解之谜。咱们当然理解国际中必定存在其他的类地行星，咱们相同理解国际中的这些类地行星所在在的轨迹方位正好合适液态水的存在。可是我不以为当咱们面临的是相似于太阳的其它恒星时，咱们能够得到切当的答案。
杰克·利索尔：人类难以得到这些效果的原因是，这些行星极难被发现。假如咱们需求估量类地行星的巨细和轨迹周期有哪些共同之处，咱们有必要依据咱们具有的数据进行揣度。
对环绕恒星作业系外行星的尺度和轨迹的形似之处进行揣度依赖于科学的假定。并且，考虑到系外行星的行为常常无法被研讨人员精确估计，这些假定也或许是过错的，或许是错位的。新技能的开展对发现新行星及行星的隐性特征至关重要，也对提醒地球究竟有多共同至关重要。
埃文·范·迪肖克：我以为咱们在研讨其他行星所获得的效果也仅仅冰山的一脚。因而，一切这些问题现在都到了咱们实践上具有技能才干开端答复它们的阶段。这还需求适当长的时刻，或许还需求几十年的时刻，咱们才干答复一部分问题。但至少咱们是具有能够研讨这些问题所需求的技能的第一代科学家们，因而咱们能够开端答复其间一些十分根本的问题。
一起，合理咱们现已在曩昔的半个多世纪里走过了适当长的进程——来研讨系外行星、咱们的街坊行星以及太阳系——这些问题所触及的维度也变得十分广。
杰克·利索尔：咱们现在对系外行星的了解不甚于咱们在50年前关于咱们太阳系内行星的了解。
虽然现在在研讨行星的进程中依然存在许多还未完结的使命，可是关于保罗而言，现在下一个研讨方针现已十分显着了。
保罗·巴特勒：这个研讨方针便是寻觅第二个地球。当然，还有一个价值600亿美元的问题：这些星球能否孕育生命吗？生命是常见的仍是稀有的？
那么地球在国际中究竟以样的位置存在着？地球有多特别？在曩昔的半个世纪里，咱们现已向咱们的街坊发射了勘探器，并瞥见了悠远恒星周围的数千颗行星。这些效果表明，国际中的行星是林林总总的，并暗示国际中或许不只有一个，而是无数个类地行星。又或许，或许咱们的星球以咱们还不了解的办法成为了国际中十分走运的那一颗行星，并且比咱们幻想的更不寻常。不管咱们未来的观测效果怎么影响着咱们的答案，咱们将永久与咱们脚下的地球有着共同的联系。
埃文·范·迪肖克：每次当我看着地球，我会想“哇，咱们有这样一个美丽的星球，咱们应该愈加细心地呵护着它”地球是否是绝无仅有的？咱们依然无法答复这个问题。可是咱们依然值得理解，咱们所在的星球，反常美丽。
保罗·巴特勒：从个人爱情阅历而言，咱们是难以发现一颗美丽的星球的。关于人类而言，咱们无法再寻觅到另一颗像地球相同的街坊了。咱们的确以各种或许的办法进化到这个星球。我知道许多人都梦想着进入太空，可是我真的没有爱好进入太空。假如我有三四天的时刻，没有更好的作业可做，我不介意躺在沙滩上。
作者：Adam Levy
翻译：wnkwef; *0
审校：利有攸往
原文链接：The search for exoplanets
修改：利有攸往
翻译内容仅代表作者观念
不代表中科院物理所态度
