地球和其他行星来自哪里？

答案：无疑是来自宇宙太空。地球是怎样形成的？她形成以后又是如何演化的？长期以来，科学界对地球或太阳系起源这一地学基础理论问题，曾有各种各样的假说，莫衷一是。300多年来，国际科学界各国学者先后提出过近50种假说，概括起来主要有“星云说”、“灾变说”、“俘获说”、和“新星爆炸说”几大类。目前被科学界比较普遍接受的是最早的“星云说”和近代的“新星爆炸说”。近年来，天文学界比较流行“宇宙大爆炸”假说，如美国天文学家伽莫夫认为，宇宙最初原是一个温度极高、密度极大的“原始火球”，由基本的粒子组成，根据现代物理学的原理，这个火球必定会迅速膨胀。在迅速膨胀过程中犹如一次巨大的爆炸，正是这次大爆炸开启了宇宙星体的形成过程。

现代科学利用“哈勃”太空望远镜对宇宙天体的观测发现，老恒星有爆裂现象。宇宙“大爆炸理论”是伽莫夫于1946年创建的。它是现代宇宙系中最有影响的一种学说，又称“大爆炸宇宙学”。这种假说认为，太阳系或地球是从一种被超新星（老恒星）爆发残余物质的星球气体—尘埃云（次生星云）演化而成的，并认为超新星爆炸对挤压、分裂星云和触发太阳系星体开始形成起到重要的作用。直到今天，科学家才确信，宇宙是由大约137亿年前发生的一次大爆炸形成的（图1）。

图1  宇宙大爆炸前后

至今，科学界对地球如何获得其构成物质还是知之甚少，尚不能理解地球的演变以及与其他行星之间的不同之处。然而，现代科学家更关心的是在茫茫的宇宙中是否还有适宜人类居住的星球。为此，美国宇航局（NASA）于1961开展火星轨道器探测；1975年8月和9月分别发射火星软着陆探测器“海盗1号”、“海盗2号”；2004年“机遇”号探测器着陆火星，开始探索这颗星球的表面，火星过去和现在是否有适宜生命存在的环境。自“火星探路者”号火星车探测器发射后，又相继发射了“机遇”号和“勇气”号火星车。这些发射任务使美国实现了对火星的飞越、环绕、着陆和巡视探测，获得了大量探测成果，并证实火星现今没有任何生命活动的迹象。但其后发射的“机遇”号、“好奇”号却获得新的发现。

最近，美国宇航局（NASA）公布了下一代新火星计划（2020），主要探索火星上曾经可能存在液态水的地区，检测这些地区是否存在生命迹象。该局还计划于2017年开展类地行星探测新计划，同时进行的中子星研究将对天体物理学产生重要影响。

1.1 有黏土矿物迹象

“机遇”号于火星上的“奋进”坑西部边缘的裸露岩层中发现存在黏土矿物的迹象。此前，火星轨道探测器曾发现过黏土矿物迹象，但火星车有类似发现尚属首次。

黏土矿物是一类含水硅酸盐矿物，其形成离不开水。科学家认为，假如火星上过去曾有生命存在，这些矿物就有可能含有构成生命的某些化学成分，研究黏土矿物则有助于确定火星的表面环境是否适合生命形式存在（图2-1）。

1.2 土壤样本含有碳的迹象

“好奇”号已完成首批火星土壤样本的全面分析结果显示，样本中含有碳的迹象。科学家还不清楚这些简单碳化合物是由火星本身的地质或生物活动形成，还是由彗星或小行星从地球上带来。科学家约翰·格罗青格认为，只发现碳并不能说明它与生命有关，也不能证明火星有适宜生命存在的环境。发现有机碳，但没有发现水，不能算适宜生命存在的环境，即使具备碳和水，生命的形成和进化还需要硫、磷、氧、氮等其它化学物质。

1.3 大气中微量水蒸气和微量甲烷

“好奇”号之前，在火星大气中发现有微量水蒸气和极微量甲烷气体。这重新燃起科学家对火星可能存在生命活动的希望。然而，大气中的甲烷气体无法判别是有机成因还是无机成因，即是由生命活动释放或由生物裂解成因还是无机的C、H合成成因。因此，探测火星上的甲烷从何而来成为美国新时期火星探测的重要目标之一。

2006年3月，《Nature》（自然）杂志发表了一篇美国科学家的文章。该文详细论述了如何判别甲烷是由生命活动还是非生命成因的C、H合成成因。这说明美国已初步解决这一难题，并在此基础上开始研制相应的科学探测仪器。

火星上是否存在适合生命存在的物质，一直是人类试图揭开的谜底。对于这个疑问，科学家从岩石样本中发现了生命构成的全部成分—“土”与“水”、有机物、含有CO₂、H、O、P、S、N等元素。因此，科学家给出肯定的答复—火星曾宜居。

当代最引人瞩目的是美国开展的一系列火星探测计划。他们的火星探测计划最为系统，目标明确且在不断深入。新的“专家”号定于2013年发射，以研究火星的高层大气；“洞察”号定于从2016年起探测火星核心。中国计划2013年底前实施“嫦娥三号”发射探月卫星和落月任务，将首次利用着陆月球车联合开展探测月球表面。

1.4 类地行星探测新计划

美国NASA计划于2017年发射一颗类地行星探测卫星，以及一部分用来研究中子星的太空设备。凌日行星探测卫星（TESS）的目标旨在寻找周围恒星适宜人类居住区域内的类地行星。该卫星将使用大量广角照相机来捕捉太阳附近最亮的恒星，从而希望能够找到系外类地行星，例如气态巨行星或地球大小的岩体行星。

NASA选择的另一项太空任务则是中子星内部构成探测器（NICER），它将被部署于国际空间站内。这个探测器将用来观测由中子星释放出的X射线，从而帮助研究人员了解这些由大质量恒星塌缩后形成的致密旋转天体的构成本质。

TESS将进行首次以空间方式负载的全天凌日调查，其覆盖的天空将达到之前探测任务的400倍。它将发现位于恒星周围的数以千计的新行星，并将特别着重于对那些大小与地球类似行星的探测。

“类地行星”是指以硅酸盐岩石为主要成分的行星。类地行星与气体巨星有极大的不同，气体巨星可能没有固体的表面，而主要的成分是氢、氦和存在不同物理状态下的水。而类地行星主要包含一个由铁构成的金属核心，外层则被硅酸盐地幔所包围。它们的表面一般都有峡谷、陨石坑、山脉、火山、河流、湖泊等。

1.5 “超级地球”的发现

2012年，一些天文学家已经发现了代号为Gliese 667C这颗红矮星，并且判定有一颗行星处于这颗红矮星的宜居带内。进一步分析后发现，更多行星绕着Gliese 667C公转，在这颗恒星周围的“宜居地带”发现有3颗“超级地球”，即表面温度不高不低，可能存在液态水，从而为生命繁衍提供了必要条件。

最新研究表明，这颗恒星质量约为太阳1/3，拥有至少6颗行星，这些行星均被认定为“超级地球”，即环境与地球相似，质量通常为地球2～10倍的行星。让人兴奋的是这6颗行星中有3颗位于该恒星的“宜居地带”内。

经探测计算结果，Gliese 667C距地球大约22光年以外的天蝎座（1光年=9.46万亿km），有充分证据证明，至少有5颗行星绕着它公转，可能还存在另外2颗行星，但仍需更多数据证明。与地球相比，这3颗可能适合生命繁衍的行星都是“大块头”。3颗行星的质量至多是地球的10倍，与海王星类似。研究人员依据行星密度判度，这3颗行星有可能是更适宜生命繁衍的岩态行星，存在固体表面。因此，科学家认为，这些行星是岩态行星的优秀“候选人”，可能有和地球相似的大气构成（图2-2）。

近几年，与太阳系外宜居星球相关的发现相继报道。除Gliese 667C行星外，还有4颗行星也是热候选。如Gliese 581g，是2010年9月发现的一颗岩态行星，距离地球大约20光年，公转周期大约30天，处于“宜居带”。Gliese 581d，是2007年发现的，一些研究人员借助大气建模推测，这颗行星存在温室效应，可能适合生命繁衍。开普勒-22b，是2011年2月发现的，距地球大约600光年，直径为地球的2.4倍，研究人员推测，这颗行星有温室效应，表面平均温度为22℃。HD 85512b，是2011年9月发现的，距离地球35光年，表面平均温度估计为25℃。仅几年时间，天文学家就连续发现一颗恒星附近的宜居区域中有如此多类地行星，实在让人激动不已。