尋找太陽系外的行星

我們看到天空中的每一顆恆星，至少有一顆行星繞著它運轉，天文學家莎拉·西格爾如此說。我們了解這些外行星嗎？要如何發現更多的外行星呢？西格爾介紹一組她最喜歡的外行星，並展示新的技術，能夠幫助我們尋找有生命跡象的外行星。

在這裡我要告訴各位一個有關
探尋外星生命的真實故事。

我所說不是長得像人的綠色小個子
乘坐發光飛碟抵達地球，

儘管那個主題也很好。

我們在找尋的是
繞行恆星的遠方行星。

天空中每一顆恆星都是一個太陽。

如果我們的太陽有行星

如水星、金星、地球、火星等等，

當然那些其他恆星也應該有行星，

它們確實有行星。

在過去的二十年，

天文學家已發現數千顆系外行星。

夜晚的天空幾乎佈滿系外行星。

依據統計，我們知道，

每顆恆星至少有一顆行星。

在探尋行星中，

未來，行星或許像地球一樣，

我們能夠提出

一些令人訝異且神秘的問題

這問題已經圍繞人類數百年之久。

我們為什麼在這裡？

我們的宇宙為什麼存在？

地球是如何形成與演變而來的？

生命的起源是什麼
我們為何生活在這顆星球上？

我們經常思考的第二個問題是：

我們獨立存在宇宙中嗎？

有其他的生物存在嗎？

他們是誰？

你知道，
這個問題已經圍繞人類數千年了，

至少從古希臘哲學家那時候起
就已經有這個問題。

但此時我要告訴你
我們有多接近

取得這個問題的答案。

這是人類史上的第一次

當我思索其他生物存在的可能性，

事實上太陽是眾多恆星之一。

這是一張真實銀河星系的照片，

我們認為銀河就像這張照片。

是由眾多恆星組成。

太陽是千億恆星中的一員

我們的銀河是千億銀河中的一員。

我們知道小行星是非常普遍的，

可以算得出來。

那裡有好多的恆星行星，

必然一定有生物存在。

生物學家
對我這樣的說法會非常生氣，

因為我們的確無法證明
地球之外有生物存在。

如果我們能夠從外部觀察銀河系

將太陽的位置放大觀察，

我們看到一張真實的恆星地圖。

高亮度的恆星
是那些為大家所知的系外行星。

這只是冰山的一角。

這個動畫放大太陽系的位置。

你會看到這些行星

和一些太空船一樣繞著太陽轉。

想像我們到北美的西岸，

看著那裡的夜空，

這就是當地春天的夜晚。

你可以看到佈滿星群

同樣的，很多的恆星和行星。

天空有一特殊區塊
那裡有數千顆行星。

這是克卜勒太空望遠鏡
多年來關注的地方。

我們放大畫面
觀察其中一顆我們喜愛的系外行星。

這恆星被稱為克卜勒-186f。

是一個由五個行星組成的系統。

順道一提，大部分的系外行星
我們並不太了解。

我們知道它們的大小，
運行軌道之類的。

有一個非常特別的行星
被稱為克卜勒-186f。

這顆行星所在區域
距離恆星不遠，

其溫度可能適合生物生存。

這是藝術家的觀念，將畫面放大

向你們展示那顆行星的樣子。

因此，
很多人對天文學家有浪漫的想法

在一個孤寂的山頂
對著望遠鏡

透過大的望遠鏡
觀察壯觀的夜空。

但事實上，我們只是
和其他人一樣在電腦前忙碌，

透過郵件或從資料庫下載
以取得資料。

我不是跑到這裡來告訴你

有點冗長乏味的資料和資料分析

以及我們做的複雜電腦程式，

我要以不同的方式向你們解說

我們對系外行星的一些想法。

這是一張旅行海報：

「克卜勒-186f：

這草的顏色
總是比另一邊的草還要紅。」

那是因為克卜勒-186f
繞著紅恆星運轉，

我們只是推測那裡的行星，

如果有進行光合作用的植物，

會有不同的色素
看起來是紅色。

「盡情享受 HD 40307g 的重力，

一顆超級地球。」

這顆行星遠大於地球

而且有較大地表引力。

「在克卜勒-16b上放輕鬆

影子在那裡成雙成對。」

(笑聲）

我們知道繞著二顆恆星
運轉的十二顆行星，

那裡可能有更多的行星。

如果我們能夠參觀其中一顆行星，

你幾乎可以看到二個日落

和二個自己的影子。

事實上，
科幻小說的故事有些是正確的。

星際大戰裡的塔圖因星

我還有我喜歡的外行星

要告訴你。

這顆是克卜勒-10b，

是一顆很熱的行星，

繞行就近的恆星超過五十次

超過地球繞太陽的次數。

事實上，它的溫度很高

我們無法參觀任何這類的行星
如果可以的話，

在我們到達之前就已經融化。

我們認為其表面溫度很高
足以融化岩石

有液體熔岩湖。

格利澤 1214b。

這顆行星，我們知道它的質量和體積

其密度極低。

有溫暖的氣候。

事實上我們對這星球一無所知，

但有一個可能性是
這顆行星是個水世界，

像一顆放大版的木星冰冷衛星之一

或許水就佔了質量的一半。

在這種情況下，
它有厚厚的大氣流，

覆蓋著一片海洋，

但不是液體形態的水，

而是異質形態的水，一種超級液體，

不完全是氣態，不完全是液態。

在海洋下面並非岩石，

而是一種高壓冰的形態，

如同冰 IX。

在那些行星範圍之外的地方，

其多樣性也令人驚訝，

我們大部分想找的行星
是金髮星球行星。

體積不太大，也不太小，

溫度不太熱，也不太冷，

剛好適合生物生存。

不過要做到這一點，
我們必須能夠

觀察到這顆行星的大氣，

因為大氣就像一塊保溫地毯

溫室效應。

我們必須能夠偵測到其他行星的

溫室氣體。

這方面，科幻小說的描述有誤。

「星艦迷航－企業號」

必須以高速繞行其他行星

做長距離旅行

因此副艦長斯波克才能分析大氣

以看出該行星是否適合生物定居

或者是否有生物存在。

我們不需要以極高速度行駛

以取得其他其他行星的大氣資料，

雖然我不想去勸阻
新進工程師

去找到實踐這項工作的方法。

實際上我們可以
由地球軌道

去研究那些行星的大氣。

這是哈柏望遠鏡的照片

由太空梭亞特蘭蒂斯號
返航時所拍攝的照片

最後一次載人太空船到哈柏之後。

他們在太空船上安裝新的照相機，

可以用來收集外行星大氣資料。

目前，我們已經能夠
研究數十個外行星大氣資料，

其中六個有非常詳細的資料。

這些行星不像地球是個小行星。

它們體積大且溫度高，
是容易觀察到的行星。

我們還沒準備好，

我們沒有相當的技術
以研究小行星。

儘管如此，

我仍然想要向大家解釋
我們是如何研究外行星大氣。

大家可以想像一下彩虹。

如果我們可近距離觀察彩虹，

可以看到一些暗色線消失了。

這是我們的太陽。

白色光分解了。

不是被雨滴，而是被光譜儀分解了。

你可以看到這暗色垂直的線。

有些非常窄，有些寬，

有些邊緣被遮住了。

這就是天文學家
如何研究太空物質的方式，

這是過去一百年的研究方式。

這張圖，每一原子和分子

各有特殊的頻譜線，

你可以把它當作指紋，

那就是我們利用這訊息
來研究外行星的大氣成份

我永遠忘不了
二十年前

剛開起研究外行星大氣的時候，

多少人告訴我，

「這行不通。

我們永遠無法做到。
為何費心在這種事上？」

那就是為什麼我很高興要告訴你們
目前所有有關的大氣研究，

它已成形了。

當談及到其他行星，
其他類似地球行星，

將來我們可以觀察到，

什麼是我們要尋找的氣體？

你知道，地球的大氣

含有百分之二十的氧氣。

含量很高。

但若沒有植物及其光合作用。

大氣中不會有氧氣。

事實上我們的大氣中沒有氧氣。

因為生物的存在才有氧氣。

我們目標就是尋找
其他行星大氣中的氣體，

氣體原本不存在，

或許我們可以歸功於生物。

我們在尋找哪些分子呢？

我告訴過各位外行星的種類很多。

未來會陸續發現更多

當我們發現其他類似地球的行星。

這是我目前正在從事的最主要工作，

我有個自己的理論。

它幾乎每天提醒我，

我收到一封或多封郵件

是對重力物理學理論

或是宇宙論
提出瘋狂想法的人所寄來的。

所以請不要再給我發這種郵件了。

（笑聲）

我有自己瘋狂的理論。

麻省理工學院的教授要跟誰探討呢？

我向諾貝爾生理及醫學獎得主發信

他說，「好，我們討論一下。」

我帶了二個
我的生物化學領域的朋友

要和他討論我們的瘋狂理論。

那理論是，生命製造了所有小分子，

許許多多的分子。

所有我可以想得到的事情，
雖然我不是個化學領域專家。

想想看：

二氧化碳，一氧化碳，

氫分子，氮分子,

甲烷，氯甲烷，

等諸多氣體。

它們的存在也有其原因，

生物即可產生臭氧。

所以我們和他談論這個主題，

結果立刻被他否決。

他找到一個不存在的氣體的例子。

所以我們回去從頭做起

我們發現在其他領域
非常有趣的東西。

回到外行星這個話題，

重點是生物製造各種不同的氣體，

差不多有幾千種。

我們現在要做的是試著找出

外行星上有那些氣體，

那些氣體是由生物產生。

當我們在外行星大氣中

所找到的氣體

不知道這些氣體是由

外星人製造，或是樹木所產生，

或是由沼澤產生。

或是來自單細胞生物。

所以有了一些模型

以生物化學思考，

會有好的結果。

但面臨最大的挑戰是：
如何做？

要如何找到這些行星？

其實有許多方法找到行星。

許多不同的方法。

不過我把焦點放在
我們如何何開啟一個通道

在未來，

我們可以找到數百個地球。

我們確實已著手找尋
有生命跡象的生物。

我剛完成一個
由我負責的二年專案

在這個特殊的專案中

有一個我們稱為遮星板的概念。

遮星板是一個形狀非常特殊的螢幕

把遮星板送至外太空

它可遮恆星的光

因此可以透過望遠鏡直接看到行星。

這張圖可以看到我和二位團隊成員

拿著遮星板的一小部分。

它的形狀就像朵巨大的花，

這是一片花瓣的雛型。

這個概念是
遮星板和望遠鏡可以一同送到太空，

然後從存放位置打開花瓣

中心的花束會展開，

花瓣迅速到達特定位置。

這過程要做到非常準確，

這花瓣要達微米的精確度

部署要達毫米精確度。

這整個架構必須送到

距離望遠鏡數萬公里的地方。

它的直徑有幾十公尺。

目的是這個難以置信的精確度
要去遮擋恆星的光線

這樣我們就可以直接觀察行星。

它的形狀必須很特殊，

因為繞射現象。

這是我們做的一個專案，

你無法想像這有多難。

這不是一個電影情節

這是一張真實的照片

實驗室裡第二代
遮星板測試平台。

在這個專案中，
我只是想讓你們知道

花的中心點

由太空中大範圍展開的無線電設備
所留下來。

經過努力之後

我們試想所有有可能出現的瘋狂氣體，

我們建造非常複雜的太空望遠鏡

或許就在那裡，

我們將會發現什麼呢？

最好的情況是，

我們會找到另一張
類地球行星的圖片。

這個淡藍色的點就是地球。

這是一張地球的真實照片

是由太空船旅行者一號所拍攝的，

從四十億英里外的距離拍下的。

這紅色光線是相機散射的光。

思考其中的奧妙

如果存在高智慧外星生物

靠近我們的行星繞著恆星轉

他們建造複雜的太空望遠鏡

我們正在建造的那種望遠鏡，

他們看到的也是一個淡藍色點，

一個小小的光點。

有時候，我停下來思考

我所面臨的困難和雄心壯志，

與浩瀚宇宙相比

真是無法比擬。

儘管如此，我打算奉獻我的一生

來找尋另一個地球。

我可以保證

下一代的太空望遠鏡，

也就是第二代，

我們有能力找到
並識別其他類地球行星。

有能力分開星光的光線

找到那些氣體

確認大氣中溫室氣體的成份，

預估星球的表面溫度，

尋找生命的跡象。

不過我們有更多的計劃。

在尋找類地球行星時，

我們也製作一張圖

有關於附近恆星及其行星的太空圖，

包括可能適合人類居住的行星。

我在想我們的後代子孫，

數百年後，

透過星際旅行到其他的星球。

他們回顧我們這一代

是第一個發現類地星球的一代

謝謝各位。

（掌聲）

吉恩·科恩：你先提問，

有請羅塞塔任務管理經理
弗雷德·詹森

弗雷德·詹森：
你剛剛有提到

那個用來找尋
類地球行星的光譜技術

尚未找到。

你認為何時可實現

我們要如何做？

事實上，
我們期待下一代哈伯望遠鏡。

我們稱它為詹姆斯偉伯太空望遠鏡，

將在 2018 年送上太空，

這是我們計劃要做的事，

我們將觀察一種特殊的行星

稱為凌日外行星，

那是我們第一次嘗試研究小行星

以找尋該行星上
存在適合人類居住的氣體。

吉恩：莎拉，
接著我也要問你一個問題，

一個普通的問題。

在你的職業生涯中

我對你所面臨的問題感到震驚，

當你開始思考外行星時，

科學家對於它們是否存在

抱著極端懷疑的態度，

你證明他們的想法是錯誤的。

你是如何做到？

莎拉：身為科學家，

我們理應對事情持有懷疑的態度，

因為我們的工作是
確認他人的觀點

其說法是否合理。

但是身為科學家，

我想你們已從這段演講中看到，

科學家像一個探索者。

有強烈的好奇心，

堅決的心，

堅定不移的意志
勇往直前

無論其他人說了什麼。

吉恩：說的太好了，謝謝你，莎拉。

（掌聲）