宇宙﹝廣角鏡﹞尋找遙遠宇宙中的水源＠諸緣來去何增減？笑擁斜陽照海天。。。

2011-05-19 06:14:23| 人氣1,449| 回應0 | 上一篇 | 下一篇

宇宙﹝廣角鏡﹞尋找遙遠宇宙中的水源

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2010年12月底科學界發布了振奮的消息→經由『脈澤輻射』而洩露了宇宙水源存在的證據，掀開了"尋找遙遠宇宙中的水源"燦爛的一頁。

水，是否也分佈在可見宇宙邊緣的星系中？為了確定早期宇宙中巨型黑洞的性質，尋找此類證據是很有幫助的。

洩露水源存在的證據是脈澤輻射，也就是鐳射在微波波段的等價現象。脈澤來自一個遙遠類星體中溫暖的水蒸汽。類星體是一類非常活躍的星系，其能源來自旋轉著落向大型黑洞的氣體和塵埃。

這個類星體叫做MG J0414+0534，它的距離非常遙遠，那裏的光線在宇宙誕生25億年後就已經出發了，需要花費111億年才能到達地球。這個類星體打破了此前的距離記錄，比之前所知最遠的含水星系還要遠上幾十億光年。

前景星系將類星體MG J0414+0534扭曲成了4個像，其中的兩個表現出了水脈澤輻射。從近鄰來看，該類星體看起來可能類似於星系M87。

德國玻恩馬克斯—普朗克（MPI）射電天文研究所的Violette Impellizzeri說：“現在我們知道，那裏存在水源。水脈澤出現在靠近星系核心的地方，我們的結果提供了新的可能性，來研究星系形成時特大品質黑洞的情況。”

Impellizzeri的小組使用100米的 Effelsberg 射電望遠鏡觀測了這個類星體，該類星體在引力透鏡效應的作用下變得尤其明亮。前景星系的引力發揮的作用就好象是宇宙中的望遠鏡，將類星體的光度放大，並將它扭曲成了4個獨立的影像。

<一萬顆太陽>4個影像中有兩個的亮度足夠，可以揭示出強烈的水脈澤輻射。小組利用美國新墨西哥州的甚大天線陣證實了這一發現。脈澤輻射的亮度是太陽的10000倍。

當水分子通過與其他粒子的撞擊而躍遷到激發能級後，就會發出水脈澤輻射/然後它們將額外的能量輻射在微波波段出來。在這一過程中，它們會促使被激發的其他分子輻射出同樣頻率的微波，將信號放大。

在鄰近的活躍星系中，只有大約5%擁有可以探測的水脈澤輻射。Impellizzeri的小組在他們觀測的第一個遙遠星系就發現了脈澤，這說明，在早期宇宙中，脈澤輻射必然比現在的要普遍得多。

來自MPI的小組成員John McKean對《新科學家》雜誌說：“實際上，這個第一是非常顯著的。它會實實在在地去激勵其他人尋找類似於此的天體。”

McKean希望，像平方公里陣列這樣的下一代望遠鏡可以聆聽到那些遠方的水脈澤信號。通過觀測它們的脈澤輻射，可以在年輕星系的分類方面提供空前的認識，還能揭示出黑洞的品質及其向宇宙空間噴射的粒子噴流的速度情況。

在其他類太陽系中尋找支持生命存在的行星，天文學家們應該考慮“Goldilock帶”外的可能性，在行星科學會議上宣讀研究報告的科學家們說。

所謂太陽系中的宜居地帶，定義了離開主恒星的距離，那裏的條件剛好適宜生命廣泛存在。在我們的太陽系中，金星和水星對生命來說太炎熱，外太陽系的那些行星又太寒冷。地球是唯一擁有液態水的行星，這是我們所知的生命存在的必需條件之一。

MOA-2007-BLG-192Lb 是我們發現的第一顆地外“小”行星，品質是地球的3.3倍。它繞一顆品質只有太陽6％的褐矮星轉。科學家猜測它是一顆岩石冰蓋型行星，表面可能有液態海洋。

但是，我們的太陽系和其他系統有一個明顯的不同。我們的行星繞太陽轉的軌道近圓形，而迄今為止找到的地外行星的軌道絕大部分是長橢圓形。這就引起行星靠近恒星時，被潮汐力拉長，遠離恒星時，受潮汐力的影響又變小。摩擦產生內熱，引起各種地質活動，比如火山活動或板塊運動。

類似的過程發生在木衛一上，它被鎖定在一個受到其他伽利略衛星木衛二、木衛三和木衛四，當然還有木星本身的重力影響的軌道上。木星把木衛一向靠近它的方向拉，其他衛星把木衛一向相反方向拉，這些反方向的力使木衛一和木星之間的距離一直在變化，使木衛一的軌道略帶橢圓形。這樣，木衛一受到巨大的潮汐力，總是在擠壓或拉伸它的內部，使得木衛一的表面在一天內的起伏變化達到一百米，迫使熔化的物質和氣體從地表的縫隙中噴出，形成岩漿。類似地，這種潮汐發熱被認為在木衛二的冰蓋下保持有一個液態海洋。

這種發熱過程，將在距離稍遠，稍寒冷的行星上面創造出適宜生命的條件，亞利桑那大學月球和行星實驗室的Brian Jackson、Rory Barnes和Richard Greenberg說。類似木衛二，這種潮汐發熱將在行星內部產生一個液態海洋。潮汐發熱還可以通過火山活動，加強揮發物進入並豐富行星大氣。潮汐發熱也可以驅動板塊運動，一種檢查二氧化碳過度聚積在行星大氣中的機制，產生那種在金星上發現的致死溫室大氣。

Io是太陽系中火山活動最活躍的行星，感謝木星和其伽利略衛星的引力之間的推拉作用引起的額外潮汐加熱作用。 “我們的研究表明，潮汐加熱可以產生足夠的熱量來驅動幾十億年長的板塊運動，足夠生命產生並繁衍發展，”Jackson說。

但是，如果這種加熱過程可以彌補行星上缺乏的某種適宜生命的成分，那麼，相反地，這種過程也就很容易破壞行星上某種適宜生命的成分。如果最近發現的“超地球”－地球的2－10倍大－確實是岩石地表的話，它的不規則軌道引起的潮汐加熱將足以熔化那些岩石，產生類似木衛一上面的火山活動。

“潮汐加熱和行星品質成正比，我們可以預期，大部分容易發現的“超地球”都有火山活動，”Jackson說。“這是我們這項研究工作得到的首批結論之一，第一顆發現的類地行星可能被加熱並存在大火山。即使是處於宜居地帶，因為潮汐加熱的原因，它們仍然不適宜居住。”

據美聯社報導，近來，一系列新發現似乎使得地外生命存在的可能性越來越大，遺憾的是，天文學家至今尚未發現這方面的確鑿證據。不過，一些科學家對尋找地外生命的前景充滿樂觀。

<地外生命存在的兩個要素>過去幾天，一個研究小組報告稱宇宙中的恒星數量是他們以前所認為的三倍。而另一個研究小組發現了一種能以劇毒砷為食的細菌，加深了我們對生命如何在最為惡劣的環境中生存的瞭解。而今年初，天文學家還首次表示他們發現了一顆潛在的宜居行星。美宇航局天體生物學研究所主任卡爾·佩爾徹(Carl Pilcher)說：“地外生命存在的證據越來越明顯。我認為看過這些證據的人都會說，‘地球之外一定有生命。’”

天體生物學研究所主要從事宇宙生命起源、進化等方面的研究。不過，由於部分研究得出的是全新的結論，科學家仍在對這些結論有多大可信度進行爭論。一些科學家本周公開抨擊了美宇航局對食砷菌的研究方式，對其有效性提出了質疑。另一個讓我們不能太興奮的原因是，尋找生命應該從小處著眼，接著再去研究生命的進化。

黏菌而非外星人更有可能是地外生命存在的最早跡象。黏菌可以在極端環境進化。科學家製作出了一個等式，用於計算另一個星球存在高級生命形式的幾率。不過，這個等式只是對非天文因素做出了猜測，如智慧生命進化的可能性，文明持續多長時間。鑒於此，計算結果取決於兩個基本要素：宇宙中可以支援生命存在的星球有多少？生命在那裏紮根的難度有多大？

上周的一系列發現既增加了生命潛在家園的數量，也拓展了生命的定義範圍。美聯社採訪的十位科學家均認為，這意味著地外生命存在的可能性比以前任何時候都大。搜尋地外文明計畫(SETI)協會資深天文學家塞思·肖斯塔克(Seth Shostak)簡要描述了行星數量的天文發現以及地球上對生命頑強的發現。他說：“所有這些發現都指向一點，那就是地球之外存在生命跡象。”

<轉變搜索地外生命思路>刊登在《自然》雜誌網站上的兩項新研究進一步增強了科學家對系外行星的興趣，雖然它們並未就地外生命的存在提供更確切的證據。一項研究發現了一顆比木星還大的超熱行星，其大氣似乎充滿了碳。在另一項研究中，天文學家發現了一顆至少有四個年輕超大行星的恒星，對過去的理論提出了挑戰，即一個恒星系所能擁有的超大行星的數量是有限制的。

那些致力於尋找地外生命的科學家，一度被指責只是在科學邊緣進行探索。肖斯塔克表示，事實與外界的指責截然相反。他說，鑒於相關證據越來越多，如今相信地球是宇宙中唯一有生命存在的星球，就像是相信奇跡發生一樣：“而天文學家往往不相信奇跡。”不過，天文學家確實只相信證據，問題是他們迄今並沒有找到地外生命的證據。

沒有找到綠色外星人不說，科學家連可以確切指出它是活的外星生命的細菌都沒發現。即便發現于加利福尼亞莫諾湖的食砷菌都不是來自於地外星球，只是在實驗室中生成的。但是，美宇航局天體生物學家克裏斯·麥凱伊(Chris McKay)說：“沒有任何證據說明對發現地外生命保持樂觀是愚蠢的行為。”麥凱伊致力於在火星和地球極端環境尋找生命的研究。

首先，一個根本問題便是地外生命可能在哪里存在。幾年前，天文學家認為，只有在繞類日恒星旋轉的行星上及其周圍才可能找到生命。所以，科學家過去一直在像地球一樣的星球尋找生命。結果，宇宙中最常見的恒星紅矮星被排除在外。紅矮星比太陽更小，也更暗。宇宙中90%的恒星都是紅矮星。天文學家原本認為，繞紅矮星運轉的行星不會有生命。

<恒星數量是以前估計三倍>然而，三年前，美宇航局召集了這一領域的頂級專家進行研究，結果發現生命有可能存在於繞紅矮星運轉的行星上。這些行星離其恒星更近，旋轉速度沒有地球快。科學家認為它們適於生命存在，這些小恒星周圍環境雖與地球不一樣，但並不排斥生命。這樣一來，宇宙可能不是新增了數十億個星球，而是數倍於這個數字的星球。

耶魯大學一位天文學家表示，宇宙裏的恒星總數可能是我們以前估計數值的3倍，也就是說，宇宙裏有3×1023(10的23次冪)顆恒星。哈佛大學的利薩·卡爾特尼格(Lisa Kaltenegger)表示，科學家現在認為銀河系中有一半的恒星，擁有大小是地球10倍的行星，即可能維持生命存在的“超級地球”。第二個問題則是，所謂“宜居帶”(這些地方不太熱也不太冷)究竟有多少顆這樣的星球。

一個研究小組宣佈發現了這樣一顆行星，雖然有些科學家對此提出了質疑。第三個問題是，生命的確切定義有什麼標準？在過去十五年，科學家發現地球生命可在酸性物質中生長，也可以在南極洲和其他極端環境中生長。這些發現的轟動性都比不上食砷菌的發現，經過科學家的訓練，這種細菌能以砷而非磷為生。

食砷菌將改變生命定義。碳、氫、氮、氧、磷和硫是地球上所有已知生命形式的六大基本構建元素。其中，磷是攜帶生命基因的DNA和RNA的主要化學成分，被認為是所有活細胞的最重要的元素。食砷菌的發現將改變生命的定義。卡爾特尼格說，既然極端環境中存在生命的可能性增大，這將使得適於生命存在的行星數量增多。卡爾特尼格還供職於德國馬克斯普朗克研究所。

華盛頓大學天文學家唐納德·布朗利(Donald Brownlee)對尋找地外生命的前景並不樂觀，他認為潛伏於外星球的生命不容易發現，即便真的存在，可能也是無法從遙遠的地方輕易看到的細菌。另外，系外行星上不同的地質和大氣作用力或許會阻止生命進化為更為複雜或有智慧的生命。

如果要去尋找地外生命，火星或是最有可能的目標。天文學家表示，任何形式的生命可能都存在于有水的地下。其他候選星球還包括木星的衛星木衛二和土星的兩顆衛星土衛二和土衛六。卡爾特尼格說，望遠鏡也可能會發現有大氣的行星，有大氣就表明存在光合作用。另外，還有可能在地球上發現地外生命，比如隕石或DNA與地球生命截然不同的東西。

麥凱伊表示，先進的地外生命形式或許能找到我們，或我們可以聽到他們傳輸的無線電信號。搜尋地外文明計畫協會正在從事這方面的工作，尋找智慧生命的信號。肖斯塔克之所以向這個領域投入資金，正是源於他對發現地外生命的樂觀情緒。在一次公開演講中，肖斯塔克與所有聽眾打賭，科學家將在2026年左右找到地外生命的證據。