宇宙中是否存在「來自星星的你」?

銀河系內的船底座星雲(Carina Nebula)內有著比太陽亮數百萬倍的恆星。影像中顯示星雲一小區域內的星體正在誕生與死亡。
NASA
第143期
黃鈺琪
望遠鏡在400年前被發明後,人們對宇宙天體的了解愈來愈精確,不僅發現天體中的星球浩瀚到無法計算,更發現地球上的我們無限的渺小。隨著一次又一次在天文觀測中的突破,科學家更推論出宇宙中可能有超過600億顆類似地球可以居住生命的行星……

晴朗無雲的夜裡,仰望滿天星斗,美得令人感動……

廣闊無垠的星空中,巨大的星球看起來非常渺小且難以盡數。您可曾想過,浩瀚的宇宙到底有多大?那些星球裡是否也有生命?他們生存的方式是否與我們一樣?或者,我們就是宇宙中獨一無二的生命?

現象1》宇宙如何誕生?大爆炸假說難以自圓其說

自古以來,人們就一直努力不懈地探索著神祕的宇宙。不論是科學還是神話,都對人類在宇宙中的地位有所描述。隨著時代的演變以及宇宙天體知識的積累,人們對宇宙的概念也在不斷地發生變化。

宇宙到底有多大?天空中的星星到底有多少?到目前為止,科學家仍然無法給予肯定的答案。因為,即使是最新的天文儀器,在觀測時仍可能出現30%的誤差。所以,今天提出的數字,明天可能就會被推翻。有時,也可能因為目前科學理論的假設是錯誤的,導致新的理論提出後出現截然不同的答案。

古希臘哲學家亞里斯多德曾說:「宇宙是永恆的!它不會增減,它亙古不變。」他如何得知呢?後續的科學家和天文學家不斷地尋找答案。

1926年,美國天文學家哈伯(Edwin Powell Hubble)在加州威爾森山上透過望遠鏡觀測星星時,發現觀察的不單純是一顆顆發亮的星球,而是遠在200萬光年外的一個個巨大的銀河系。更讓他驚訝的是,這些銀河系彼此間正在遠離;距離愈遠的銀河系,遠離的速度愈快。根據這個觀察,哈伯回溯宇宙形成的原因,提出了「大爆炸」(The Big Bang)假說,認為宇宙的最初是由一顆比原子還小的顆粒發生爆炸後,產生氦和氫等簡單的原子,也就是星球初生成時含量最多的原子,並產生電磁輻射。隨後在引力的增加下,形成了星球、銀河系、星系團、超星系團與一切物質。

雖然大爆炸理論與各國古老神話故事中所描繪的「宇宙是在混沌中,由神所創造」的說法完全不同,甚至無法解釋在大爆炸前發生了甚麼,為甚麼會有第一次大爆炸,為甚麼從一顆比原子還小的亞原子可以炸出如此龐大、如此多的宇宙物質等諸多問題,但因為大爆炸理論是目前最能解釋天文學家們所觀察到的宇宙膨脹、原始背景輻射、宇宙元素的含量等現象,因此宇宙是大爆炸形成的假設,就成了現今多數天文學家用以研究觀測天體與推論的基礎。

美國1990年將哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)送上離地面600公里的軌道後,人類對於宇宙天體的觀察有了更深、更廣的了解。Getty Images

 

現象2》透過望遠鏡改良 觀察到的星球數量愈來愈多

四百多年前,人們用肉眼觀察星空時,以為銀河只是一團雲霧。但自從義大利的科學家伽利略(Galileo Galilei)於1609年開始使用由一片凸透鏡與一片凹透鏡組合而成的「折射式透鏡望遠鏡」觀察星空,發現狀似雲彩的銀河原來是由眾多會發光的恆星集合而成後,從此許許多多原本用肉眼看不到的恆星,開始可以被定位與觀測。

由於使用折射式望遠鏡觀測天體時,會產生色差,造成星像周圍會出現彩色的環,使得影像變得模糊。因此,後人多以1668年牛頓(Isaac Newton)發明的、可以消除色差,且鏡筒短、便宜、易維護的「反射式面鏡望遠鏡」觀測天體。

不論是折射式還是反射式望遠鏡,口徑愈大就能收集愈多的光線,探測越遠越暗的天體。因此17到19世紀間,有不少天文學家自行改良望遠鏡,以期更準確地觀測到更多的星體。例如18世紀被譽為恆星天文學之父的赫瑟爾(William Herschel),終其一生磨製的反射鏡高達四百多塊,製造出許多大型望遠鏡,包括一具口徑1.22公尺、鏡筒長12公尺,號稱當時最大的望遠鏡。他同時也將自己二十年的天文觀測成果彙編出版,共記錄了2,500個星雲和星團,其中只有一百多個星系是前人已知。到了1918年,哈伯更以反射鏡直徑為1.82公尺的胡克望遠鏡(Hooker Telescope),在美國加州的威爾遜山天文台(Mount Wilson Observatory)發現了宇宙正在膨脹的驚人事實。

雖然地面的天文望遠鏡直徑愈做愈大,但沒有光害的高山、離島,或人跡罕至的鄉野地區在全世界愈來愈少,加上只有夜晚才能觀測,且大氣層對許多波段的天文觀測影響甚大,因此,美國國家科學院在1962年開始協助發展將望遠鏡送進太空的計畫。1990年4月24日,美國終於成功地把第一部重約11公噸、長13公尺、直徑4公尺的哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)送上離地面600公里的軌道。自此,人類對於宇宙天體的觀察有了更深、更廣的了解。

 

哈伯望遠鏡對著大熊星座附近空無一物的一小點,連續拍攝10日,經過342次曝光重疊後,呈現出至少三千個星系的照片。NASA

 

現象3》黑暗中的一小點 藴藏著更多更浩瀚的星雲

1995年,天文學家們嘗試把哈伯太空望遠鏡指向大熊星座(Ursa Major)附近的一點。但那一點在當時的觀測中是一個完全漆黑的點,沒有恆星、行星或任何星系。在眾多科學家都排隊等著使用哈伯望遠鏡的時刻,這個前所未有的觀測顯得非常冒險,因為哈伯望遠鏡如果真的拍攝到一片黑暗無物的天空,這個觀察就將成了一個浪費資源的計畫。

然而,完全出乎人們的想像,就在啟動望遠鏡的快門持續對著宇宙中黑暗的那一點拍攝了10天後,望遠鏡的光子感應器上出現的微弱訊號,居然是布滿了至少有三千個星系的光線。每一個小點或朦朧的一小片光,原來都是一個個龐大的星系,而每個星系都擁有幾千億顆恆星!這個美麗無比的影像不僅震撼了所有的人,更讓人類真切地感受到自己在宇宙中無比渺小!

到了2003年9月,天文學家再一次利用更加靈敏的光子感應器,加上透光率更高的濾鏡,將哈伯望遠鏡指向獵戶座(Fornax)附近看似空無一物的一小點。在近四個月的時間裡,望遠鏡圍繞了地球400次,持續對著該點曝光超過11天的時間。最終拍攝到目前人類能觀測到最遙遠的宇宙,稱為「哈伯深領域」(Ultra Deep Field),影像中有超過一萬個星系。雖然這些星系在影像上好像是靜止不動,事實上,這些星系正在遠離,有些星系的遠離速度甚至比光速還快!

 

克卜勒22b(Kepler-22b)行星是克卜勒太空望遠鏡所發現的第一個位於類太陽恆星適居帶的太陽系外行星。NASA

 

現象4》滿天繁星有多少?現有科學難以準確估算

從天文學的發展角度來看,宇宙中準確的星球數量仍無法計算,只能以現有可觀察的數量大略推估,而估算的數量很可能遠遠小於真實的數量。

如果,以銀河系為基準,每個銀河系大約有2,000到4,000億顆恆星。目前觀測到的宇宙中有超過1,000億個銀河系,以此計算下來,宇宙中的恆星就可能有2~4x1022顆。再以每個恆星可能有3到8顆行星環繞,因此全宇宙的星球至少超過1x1023顆。除了較大的行星外,近期科學家發現宇宙中充滿了類似冥王星的矮行星(dwarf planet),也就是比月球還小的星體。如果把這些小星體也納入計算,全宇宙的星球數量將再增加數倍。

現象5》科學家持續尋找適合生命居住的地帶

宇宙中可觀察與推估的星體數量,已經是多到人們難以想像。因此,許多科學家,包括霍金(Stephen Hawking)都認為,在如此巨大的宇宙中,固執地認為除了地球沒有其他生命存在,是讓人嗤之以鼻的。

美國國家航空暨太空總署(NASA)在2009年3月發射克卜勒太空望遠鏡(Kepler telescope)到尾隨地球的太陽軌道上,觀測天琴座(Lyra)、天鵝座(Cygnus)和天龍座(Draco)之間的一塊區域。它的任務就是用來尋找銀河系中類似地球、適合生命居住的星球「適居帶」(Habitable zone)。在3.5年觀察16萬顆銀河系恆星之後,最新的統計認為有715顆與地球相似的系外行星(Exoplanet)。除此之外,美國芝加哥與西北大學的天文研究者更利用這些觀測資料推論:在我們居住的銀河系內,可能存在600億顆與地球大小相似,並適合生命生存的星球。

在尋找適合生命居住的星球時,科學家們普遍認為該行星必須有能量來源與水,因此認為該行星應該是圍繞著恆星不遠也不近,並在表面也有液態水形成雲層。然而,我們並不清楚,是否宇宙中所有的生命都一定需要像地球的生物一樣依賴水,或是他們的細胞是由其他成分,如氨分子組成。另外,除了恆星發熱可以產生能源外,是否某些星球裡的地熱也足以供給生命生存所需的能源?如果以上這些在宇宙中都存在的話,那麼宇宙中可以讓生命生存的星球,就不局限於科學家現今所推算的數量,很可能是數十或數百倍之多呢!

 

蟲洞理論是目前天文學家所提出的理論中,在太空中遠距離旅行最佳的方式。NASA

 

現象6》透過「蟲洞」遙遠距離太空之旅可能成真

僅管找到或推論出宇宙中有眾多星球很可能適合生命居住,然而,離我們最近的非太陽恆星「半人馬座αBb」(Alpha Centauri Bb)到地球的距離超過4光年,距離地球最近的類地行星也有13光年之遠。

早期的科幻電影裡,常常出現星際旅行時,太空船以超光速前進的情節。但隨著愈來愈多的星體被發現後,人們逐漸了解到天體與天體之間並非空無一物,而是充滿著許許多多數不清的小星體、隕石等。因此,如果真的有一艘太空船以超光速、超超光速或超超超光速在宇宙中旅行,恐怕不需要多久時間,這個特快太空船就已經在太空中被撞得稀巴爛了。

1916年,奧地利物理學家弗萊姆(Ludwig Flamm)提出了「蟲洞」(Wormhole)的概念,也就是宇宙中可能存在的連接兩個不同時空的狹窄隧道。隨後由愛因斯坦(Albert Einstein)和羅森(Nathan Rosen)提出透過蟲洞,可以做瞬時的空間轉移或時間旅行的理論。儘管大部分的科學資料都說蟲洞理論到目前為止沒有被證實,但在很多書籍、影集、電影、遊戲中卻都出現過流傳已久的費城實驗(Philadelphia Experiment):傳說1943年美國海軍在費城讓一艘埃爾德里奇號(USS Eldridge DE-173)在觀察者眼中隱形。不過,很可惜的是,除了一位目擊者宣稱看到了整個實驗發生的過程外,其他參與計畫的船員都否認曾有任何事件發生。

在探索天文學的發展中,我們不難發現,每隔一段時間就會出現令人們驚嘆的宇宙真相。最近爆紅的韓劇《來自星星的你》如此鋪陳故事──外太空的星星裡,有著和人類一樣的生命並駕著飛碟來到地球,而且外星人還能透過「蟲洞」來去地球──觀賞之餘,讓人不禁好奇這樣的情節是否真實存在?

雖然到目前為止,我們無法強而有力地說「宇宙中一定有外星生命」,但又有誰能保證,明天不會出現驚人的證據讓我們相信──宇宙中絕對有外星生命,而且造訪過地球!

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