地外探索需要氣候學家“摻和”

本報記者 陳 丹

　　尋找地外生命的隊伍日前又添了一支生力軍：美國國家航空航天局（NASA）的氣候科學家們。NASA戈達德太空研究所一個有著30多年研究地球經驗的團隊，決定對其全球氣候模型加以調整和修改，以模擬潛在的宜居系外行星上的環境條件。據《自然》雜志網站報道，近日在華盛頓特區召開的一個會議上，NASA宣布啟動一個新計劃——系外行星系統科學聯合(NExSS)，希望通過跨學科研究來推動類地行星的搜尋和確定工作，而氣候科學家的加盟正是這一計劃的一部分。

　　目前，NASA的開普勒空間望遠鏡通過觀測行星從其母星前方經過時發出的星光信號的短暫中斷，已經精確定位了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。下一步，科學家們將檢測穿過這些系外行星大氣的光線，這將為了解這些遙遠世界擁有什么樣的環境條件提供線索。

　　搜尋工作成為跨學科課題

　　“我們必須開始從更廣泛的角度研究這些系外行星。”領導戈達德太空研究所氣候科學家團隊的氣候建模專家安東尼·德爾杰尼奧說，“突然間，這已經不僅僅只是天文學家的課題，也是行星科學家的課題，而現在，氣候科學家也參與進來了。”

　　“我們正在將一幫不同學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行。”負責NASA天體生物學項目并組織NExSS計劃的瑪麗·沃伊泰克說。但她同時表示，雖然各方表現出了極大興趣，但彼此之間的溝通交流仍然是個挑戰，“你甚至沒法讓這些團隊就宜居帶的定義達成一致。”

　　NExSS計劃部分建立在華盛頓大學虛擬行星實驗室基礎上，該實驗室于2001年啟動，目前擁有來自23個機構55位研究人員，在跨學科系外行星研究方面展開合作。

　　“當我們開始這個計劃時，人們還以為我們瘋了。”該項目首席研究員、天文學家維多利亞·麥道思說，“但這不是一個單一學科能夠解決的問題。”

　　麥道思表示，NExSS將使合作研究系外行星的隊伍進一步擴編，應該能夠幫助科學家理解現有的數據以及未來詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和系外凌日現象觀測衛星的觀測結果，后兩者都計劃于2018年發射；它也可以幫助NASA制定2020年及以后的搜索系外行星任務。

　　用地球參數為類地行星建模

　　德爾杰尼奧團隊一共有16名成員，他們中既有地球和行星科學家，也有太陽物理學家和天體物理學家，都將參與到NASA的NExSS計劃中。他們研究的初期年預算大約為1000萬美元至1200萬美元。

　　在戈達德太空研究所，德爾杰尼奧團隊已經開始對他們的重要工具——地球系統氣候模型的目標進行重新設定。研究人員正在梳理它的源代碼，來定位一些對于地球而言是固定設置的簡單參數，比如一天24小時，運行一周是365天等，以建立一個可以適應不同行星系統的系外行星模型。初始模擬將把重點放在遠古的地球以及金星和火星的演化上，雖然現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水存在過。

　　該團隊的最終目標是，通過混合和匹配一些確定一顆行星能否維持生命的關鍵因素，研究宜居帶的概念。他們將把這些參數輸入到系外行星模型中，以此打造一個“假想類地行星”數據庫，這些行星的大氣光譜對于天文學家來說是可見的。

　　多個團隊為了同一個課題

　　德爾杰尼奧團隊只是利用氣候模型研究系外行星的幾個小組之一。法國皮埃爾-西蒙·拉普拉斯研究所物理學家弗朗索瓦·佛希爾帶領的研究小組就使用類似的模型，探測當水汽在行星的大氣中積聚并捕獲向外輻射熱量時所導致的失控的全球變暖。2013年12月，他們在《自然》雜志上報告說，早期地球承受的太陽輻射可能比科學家們認為的要多。另外還有兩個研究小組也在開展類似的實驗，德爾杰尼奧說，他的團隊所研究的也是同一個課題。

　　美國賓夕法尼亞州立大學大氣科學家詹姆斯·卡斯廷說，3D模型對于定義宜居帶來說特別有用，他正在努力建立一個一維的系外行星模型。他補充說，不過，最終能否取得進展，還有賴于對系外行星的更佳觀測結果。

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

(來源:科技日報)