地外探索需要气候学家“掺和”

本报记者 陈 丹

　　寻找地外生命的队伍日前又添了一支生力军：美国国家航空航天局（NASA）的气候科学家们。NASA戈达德太空研究所一个有着30多年研究地球经验的团队，决定对其全球气候模型加以调整和修改，以模拟潜在的宜居系外行星上的环境条件。据《自然》杂志网站报道，近日在华盛顿特区召开的一个会议上，NASA宣布启动一个新计划——系外行星系统科学联合(NExSS)，希望通过跨学科研究来推动类地行星的搜寻和确定工作，而气候科学家的加盟正是这一计划的一部分。

　　目前，NASA的开普勒空间望远镜通过观测行星从其母星前方经过时发出的星光信号的短暂中断，已经精确定位了1000多颗系外行星。其中至少有5颗行星大小与地球相似，并且位于可能有水存在的宜居带内。下一步，科学家们将检测穿过这些系外行星大气的光线，这将为了解这些遥远世界拥有什么样的环境条件提供线索。

　　搜寻工作成为跨学科课题

　　“我们必须开始从更广泛的角度研究这些系外行星。”领导戈达德太空研究所气候科学家团队的气候建模专家安东尼·德尔杰尼奥说，“突然间，这已经不仅仅只是天文学家的课题，也是行星科学家的课题，而现在，气候科学家也参与进来了。”

　　“我们正在将一帮不同学科的专家汇聚到一起，他们也都期待以不同的方式研究行星的形成和运行。”负责NASA天体生物学项目并组织NExSS计划的玛丽·沃伊泰克说。但她同时表示，虽然各方表现出了极大兴趣，但彼此之间的沟通交流仍然是个挑战，“你甚至没法让这些团队就宜居带的定义达成一致。”

　　NExSS计划部分建立在华盛顿大学虚拟行星实验室基础上，该实验室于2001年启动，目前拥有来自23个机构55位研究人员，在跨学科系外行星研究方面展开合作。

　　“当我们开始这个计划时，人们还以为我们疯了。”该项目首席研究员、天文学家维多利亚·麦道思说，“但这不是一个单一学科能够解决的问题。”

　　麦道思表示，NExSS将使合作研究系外行星的队伍进一步扩编，应该能够帮助科学家理解现有的数据以及未来詹姆斯·韦伯太空望远镜和系外凌日现象观测卫星的观测结果，后两者都计划于2018年发射；它也可以帮助NASA制定2020年及以后的搜索系外行星任务。

　　用地球参数为类地行星建模

　　德尔杰尼奥团队一共有16名成员，他们中既有地球和行星科学家，也有太阳物理学家和天体物理学家，都将参与到NASA的NExSS计划中。他们研究的初期年预算大约为1000万美元至1200万美元。

　　在戈达德太空研究所，德尔杰尼奥团队已经开始对他们的重要工具——地球系统气候模型的目标进行重新设定。研究人员正在梳理它的源代码，来定位一些对于地球而言是固定设置的简单参数，比如一天24小时，运行一周是365天等，以建立一个可以适应不同行星系统的系外行星模型。初始模拟将把重点放在远古的地球以及金星和火星的演化上，虽然现在的金星和火星都无法支持生命，但它们的表面都可能曾有液态水存在过。

　　该团队的最终目标是，通过混合和匹配一些确定一颗行星能否维持生命的关键因素，研究宜居带的概念。他们将把这些参数输入到系外行星模型中，以此打造一个“假想类地行星”数据库，这些行星的大气光谱对于天文学家来说是可见的。

　　多个团队为了同一个课题

　　德尔杰尼奥团队只是利用气候模型研究系外行星的几个小组之一。法国皮埃尔-西蒙·拉普拉斯研究所物理学家弗朗索瓦·佛希尔带领的研究小组就使用类似的模型，探测当水汽在行星的大气中积聚并捕获向外辐射热量时所导致的失控的全球变暖。2013年12月，他们在《自然》杂志上报告说，早期地球承受的太阳辐射可能比科学家们认为的要多。另外还有两个研究小组也在开展类似的实验，德尔杰尼奥说，他的团队所研究的也是同一个课题。

　　美国宾夕法尼亚州立大学大气科学家詹姆斯·卡斯廷说，3D模型对于定义宜居带来说特别有用，他正在努力建立一个一维的系外行星模型。他补充说，不过，最终能否取得进展，还有赖于对系外行星的更佳观测结果。

　　“在15年或20年内，我们可能会得到一个看起来与地球类似的行星的光谱，然后每个人都来用他们的模型试着给这个行星建模。”卡斯廷说，“我希望这一切能够尽快发生——但我们还需要一个大望远镜。”

(来源:科技日报)