地外探索需要?dú)夂驅(qū)W家“摻和”

本報(bào)記者 陳 丹

　　尋找地外生命的隊(duì)伍日前又添了一支生力軍：美國國家航空航天局（NASA）的氣候科學(xué)家們。NASA戈達(dá)德太空研究所一個(gè)有著30多年研究地球經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)，決定對(duì)其全球氣候模型加以調(diào)整和修改，以模擬潛在的宜居系外行星上的環(huán)境條件。據(jù)《自然》雜志網(wǎng)站報(bào)道，近日在華盛頓特區(qū)召開的一個(gè)會(huì)議上，NASA宣布啟動(dòng)一個(gè)新計(jì)劃——系外行星系統(tǒng)科學(xué)聯(lián)合(NExSS)，希望通過跨學(xué)科研究來推動(dòng)類地行星的搜尋和確定工作，而氣候科學(xué)家的加盟正是這一計(jì)劃的一部分。

　　目前，NASA的開普勒空間望遠(yuǎn)鏡通過觀測(cè)行星從其母星前方經(jīng)過時(shí)發(fā)出的星光信號(hào)的短暫中斷，已經(jīng)精確定位了1000多顆系外行星。其中至少有5顆行星大小與地球相似，并且位于可能有水存在的宜居帶內(nèi)。下一步，科學(xué)家們將檢測(cè)穿過這些系外行星大氣的光線，這將為了解這些遙遠(yuǎn)世界擁有什么樣的環(huán)境條件提供線索。

　　搜尋工作成為跨學(xué)科課題

　　“我們必須開始從更廣泛的角度研究這些系外行星。”領(lǐng)導(dǎo)戈達(dá)德太空研究所氣候科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的氣候建模專家安東尼·德爾杰尼奧說，“突然間，這已經(jīng)不僅僅只是天文學(xué)家的課題，也是行星科學(xué)家的課題，而現(xiàn)在，氣候科學(xué)家也參與進(jìn)來了。”

　　“我們正在將一幫不同學(xué)科的專家匯聚到一起，他們也都期待以不同的方式研究行星的形成和運(yùn)行。”負(fù)責(zé)NASA天體生物學(xué)項(xiàng)目并組織NExSS計(jì)劃的瑪麗·沃伊泰克說。但她同時(shí)表示，雖然各方表現(xiàn)出了極大興趣，但彼此之間的溝通交流仍然是個(gè)挑戰(zhàn)，“你甚至沒法讓這些團(tuán)隊(duì)就宜居帶的定義達(dá)成一致。”

　　NExSS計(jì)劃部分建立在華盛頓大學(xué)虛擬行星實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)上，該實(shí)驗(yàn)室于2001年啟動(dòng)，目前擁有來自23個(gè)機(jī)構(gòu)55位研究人員，在跨學(xué)科系外行星研究方面展開合作。

　　“當(dāng)我們開始這個(gè)計(jì)劃時(shí)，人們還以為我們瘋了。”該項(xiàng)目首席研究員、天文學(xué)家維多利亞·麥道思說，“但這不是一個(gè)單一學(xué)科能夠解決的問題。”

　　麥道思表示，NExSS將使合作研究系外行星的隊(duì)伍進(jìn)一步擴(kuò)編，應(yīng)該能夠幫助科學(xué)家理解現(xiàn)有的數(shù)據(jù)以及未來詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡和系外凌日現(xiàn)象觀測(cè)衛(wèi)星的觀測(cè)結(jié)果，后兩者都計(jì)劃于2018年發(fā)射；它也可以幫助NASA制定2020年及以后的搜索系外行星任務(wù)。

　　用地球參數(shù)為類地行星建模

　　德爾杰尼奧團(tuán)隊(duì)一共有16名成員，他們中既有地球和行星科學(xué)家，也有太陽物理學(xué)家和天體物理學(xué)家，都將參與到NASA的NExSS計(jì)劃中。他們研究的初期年預(yù)算大約為1000萬美元至1200萬美元。

　　在戈達(dá)德太空研究所，德爾杰尼奧團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始對(duì)他們的重要工具——地球系統(tǒng)氣候模型的目標(biāo)進(jìn)行重新設(shè)定。研究人員正在梳理它的源代碼，來定位一些對(duì)于地球而言是固定設(shè)置的簡(jiǎn)單參數(shù)，比如一天24小時(shí)，運(yùn)行一周是365天等，以建立一個(gè)可以適應(yīng)不同行星系統(tǒng)的系外行星模型。初始模擬將把重點(diǎn)放在遠(yuǎn)古的地球以及金星和火星的演化上，雖然現(xiàn)在的金星和火星都無法支持生命，但它們的表面都可能曾有液態(tài)水存在過。

　　該團(tuán)隊(duì)的最終目標(biāo)是，通過混合和匹配一些確定一顆行星能否維持生命的關(guān)鍵因素，研究宜居帶的概念。他們將把這些參數(shù)輸入到系外行星模型中，以此打造一個(gè)“假想類地行星”數(shù)據(jù)庫，這些行星的大氣光譜對(duì)于天文學(xué)家來說是可見的。

　　多個(gè)團(tuán)隊(duì)為了同一個(gè)課題

　　德爾杰尼奧團(tuán)隊(duì)只是利用氣候模型研究系外行星的幾個(gè)小組之一。法國皮埃爾-西蒙·拉普拉斯研究所物理學(xué)家弗朗索瓦·佛希爾帶領(lǐng)的研究小組就使用類似的模型，探測(cè)當(dāng)水汽在行星的大氣中積聚并捕獲向外輻射熱量時(shí)所導(dǎo)致的失控的全球變暖。2013年12月，他們?cè)凇蹲匀弧冯s志上報(bào)告說，早期地球承受的太陽輻射可能比科學(xué)家們認(rèn)為的要多。另外還有兩個(gè)研究小組也在開展類似的實(shí)驗(yàn)，德爾杰尼奧說，他的團(tuán)隊(duì)所研究的也是同一個(gè)課題。

　　美國賓夕法尼亞州立大學(xué)大氣科學(xué)家詹姆斯·卡斯廷說，3D模型對(duì)于定義宜居帶來說特別有用，他正在努力建立一個(gè)一維的系外行星模型。他補(bǔ)充說，不過，最終能否取得進(jìn)展，還有賴于對(duì)系外行星的更佳觀測(cè)結(jié)果。

　　“在15年或20年內(nèi)，我們可能會(huì)得到一個(gè)看起來與地球類似的行星的光譜，然后每個(gè)人都來用他們的模型試著給這個(gè)行星建模。”卡斯廷說，“我希望這一切能夠盡快發(fā)生——但我們還需要一個(gè)大望遠(yuǎn)鏡。”

(來源:科技日?qǐng)?bào))