太阳系外，类地行星说：我们并不孤独

一颗极冷的恒星（红矮星）——TRAPPIST-1周围，有7颗地球大小的行星环绕着。这几颗行星中，任何一颗都可能含有液态水。那些离主星较远的行星上（尤其是行星背面）更可能有大量的水冰存在。该恒星系统由美国宇航局“斯必泽”太空望远镜、TRAPPIST望远镜（地基凌星行星及原行星小望远镜）与其它地基天文台联合观测发现，并以TRAPPIST望远镜的名字命名。

该任务中，美国宇航局喷气推进实验室（美国加州帕萨迪纳市）为科学任务理事会（华盛顿）管理“斯必泽”空间望远镜的运行，技术运作由斯必泽科学中心（帕萨迪纳市加州理工学院）指挥，航天器以洛克希德·马丁空间系统公司（科罗拉多州利特尔顿）的设计为基础运营，观测数据储存在加州理工学院红外科学数据库及美国河外数据库中。加州理工学院负责宇航局喷气推进实验室的行政管理工作。

上图为TRAPPIST-1系统的艺术构想图。

该恒星系统由美国宇航局“斯必泽”太空望远镜、TRAPPIST望远镜（地基凌星行星及原行星小望远镜）与其它地基天文台联合观测发现，并以TRAPPIST望远镜的名字命名。图源：宇航局/加州理工学院喷气推进实验室。

美国宇航局教员与飞行控制员罗伯特·佛罗斯特回答道：

上图为TRAPPIST-1系统中7颗类地行星与太阳系四颗类地行星物理参数的对比。图源：宇航局/加州理工学院喷气推进实验室。

我们面对着这样一个根本的问题：“人类是孤独的吗？”这个问题的答案将撼动我们对宇宙及身处之地的基本认识。我们许多的身份认知是建立在“我们是特别的存在”的基础上的。我们将自己视为这颗“唯一”有生命的星球上仅有的智慧物种，因此将自身置于宇宙中心，拔高了人类这个物种的身份地位。“我们是孤独的吗？”，这个问题的答案将撼动宗教、哲学及生物学的基础，而找到类似地球的系外行星将动摇天文学与地质学的根基。

想象你是原始部落的一员，生活在几千年前的平原上。你生活在“襁褓”中，对宇宙的理解只能凭你与部落其他成员的观察总结。有一天，你突然想独自一人穿越平原，去看看外面还有什么。穿过平原，你看到了一只鸟，那是你从未见过的生物，你的世界观立马被这种会飞的生命形式撼动了。 你径直走着，直到抵达海岸。这时，一条鱼儿跃出水面，这又是你从未见过的生物，你的世界观再一次被这种能在水中遨游的生命形式撼动了。

上图为在TRAPPIST-1f行星上观察天空的艺术构想图。图源：NASA

我们用原始的方式去理解事物，在地球这颗行星中用受限的观察去定义生命，我们对生命的全部理解都依赖于对在地球上形成的生命的观察。从这些观察中，我们得出生命是含碳的以及生命离不开水的结论。凭此，我们外推：若能找到一处有水和复合碳基分子存在的地方，生命形式或许也在。不过这种观点很可能有些“目光短浅”了，因为不需要水和碳的生命形式是被允许存在的。只不过化学告诉我们生命更可能是基于碳而非其它元素建立起来的。碳是一种轻且有丰富含量的元素。它一个能容纳八个电子的壳层中充填着四个价电子，因此一个碳原子能够形成四个共价键（相比之下，氮原子能形成三个，而氧原子只能形成两个）。碳原子还能形成双键，形成强的（没有强到无法改变分子结构）、复杂的、含支链的分子。这意味着碳是一种轻而丰富的元素，能够组成非常复杂且多变的分子。而为了生存，生命形式总是复杂且易于变化的。水也被视作生命存在的近似先决条件。它就像是一种“万溶剂”，能溶解许多物质，这也让它在运送进出活细胞的物质方面有极高的价值。

上图为碳元素与各元素的键合关系，体现了碳的灵活多样性。图源：W

ikipedia.

于是，我们寻找有着复杂碳基分子、水以及使水维持液态所需温度的星球。这份公告发布以前，我们并没有发现地外生命并且少有找到能维持生命存在的其它星球。但现在，宇航局宣布发现了一个包含七颗类地行星的类太阳系系统，而每颗行星表面都可能有水存在，七颗行星中有三颗位于宜居带内（类似地球在太阳系中占据的区域，此区域内有适宜生命存在的自然条件）。这意味着在这个恒星系统中，我们发现了多个生命可能存在的地方。

上图为太阳系宜居带标识，深绿色代表狭义太阳系宜居带，浅绿色代表广义太阳系宜居带。图源：Wikipedia。

这份公告的发布不仅为我们今后的研究提供了一个明确的目标，更提升了我们对“地球在其形态上不是特别的，而且像它这样类似形态的行星可能也是相当普遍的”这种想法的自信。我们虽然只观测了银河系中极少量的天体，却也找到了许多类地行星。也许它们有的更像火星，有的更像金星，将来的研究会回答这个问题，不过每发现一个富含碳、益于水存在且受主星适当光照的小型岩质行星，我们对它们共通性的存在就会更有信心。

天文学家法兰克·德雷克提出了一个著名的方程（德雷克方程）：N=R*·Fp·Ne·Fl·Fi·Fc·L。

上图为天文学家德雷克，黑板上即是德雷克方程。图源：W

ikipedia.

该方程提出：银河系内可能与我们通讯的文明数量（N）=银河系恒星形成的平均速率（R*）×恒星系统中有行星的比例（Fp）×每个行星系中适宜生命存在行星的数目（Ne）×宜居行星内却有生命诞生的比例（Fl）×演化出高智慧生物的概率（Fi）×高智慧生命能够进行通讯的概率（Fc）×智慧文明释放可探测信号的时长（L）。

如今，这个方程中的大部分参数仍靠猜想工作设定。我们没有具体的方法来确定参数，这使我们只能基于一些观测数据进行推测。宇航局的此次发现，让我们对Ne数值的估计更为乐观。

在太阳系中，我们确切地知晓有一颗行星是适合生命生存的，同时有两颗行星可能有生命存在。现今，这个类太阳系中竟有3到7颗行星很可能适合生命存在，着实令人吃惊。

我们需要继续做出类似的发现不断提高自信心。不久的将来，我们可能真的会达到这样的地步：我们会轻松地说，一颗可能支持生命存在的恒星更有可能也拥有可以支持生命存在的行星。 这样的一个启示将会显著性地改变德雷克方程中的N值，在“我们并不孤独”的观点中注入更多的自信。我们需要发展方法来更好地研究这个恒星系统（TRAPPIST-1）。在天空中的某处，有那么三到七颗星球正显露着那些可能从根本上影响多个科学分支的信息，并凭此改变着我们在宇宙中对自身的认知。

这简直酷毙了。原谅我夸张的表达，因为达尔文第一次看到加拉帕戈斯群岛是也类似这样。我们已经找到了研究方向，之后我们可能会判定在该系统中找不到任何生命存在的迹象，这无疑会让人失望，不过获得的更多信息将提高我们的认识，从这点看，研究又是极其重要的。