美國天文學家亞歷山大·沃爾茲岡最近有點悶悶不樂，但其中又夾雜著興奮。他的郁悶不無道理：他發(fā)現(xiàn)了第一批太陽系以外的行星（簡稱系外行星），卻幾乎未得到認可。他的后續(xù)研究緩慢而又費勁，多次走進死胡同。但這些問題看來一點都沒有困擾他，真正讓他陷入矛盾情緒的，其實是這些行星本身。
在已知的行星當中，地球的運氣真不錯：它環(huán)繞一顆穩(wěn)定的恒星——太陽，太陽給它提供的熱量又剛好合適。而沃爾茲岡在22年前發(fā)現(xiàn)的系外行星，則沒有這么幸運。它們環(huán)繞的是一顆脈沖星。脈沖星是一種個頭很小、自轉迅速的恒星灰燼，它用兇猛的輻射潮涌轟炸身邊的行星。受脈沖星發(fā)出的粒子風影響，這些行星的天空中可能會有一種永久性極光。一些超高能粒子可能墜落到行星表面，把行星“炸平”。不過，與出生時的暴烈相比，這些行星目前的悲慘根本就不算什么：超新星將自己的“前生”——恒星大部分粉碎掉，產生的溫度高達1000億℃的灰燼最終聚合成行星。
不久前，沃爾茲岡把注意力轉向另一類難逃劫數(shù)的行星。他開始尋找并研究紅巨星周圍的世界。紅巨星是年邁的恒星，它們幾乎已耗盡自己的核燃料。在生命的最后痙攣中，它們腫脹并且非常劇烈地變亮，還甩出巨大的氣云。任何環(huán)繞紅巨星的行星，在此過程中都會被烘烤和沖擊。大約50億年后，地球也可能遭遇如此命運。屆時，太陽將加入紅巨星的行列。而對于沃爾茲岡正在細查的那些遙遠行星來說，這正是它們目前的遭遇。
這些研究領域把沃爾茲岡和其他天文學家截然分開。自從他1992年發(fā)現(xiàn)那顆脈沖星以來，其他許多科學家也開始尋找其他恒星周圍的世界，但他們的方式幾乎都不同于沃爾茲岡的。換句話說，沃爾茲岡在同行中顯然有點另類。今天，大多數(shù)的“行星獵手”（指致力于尋找系外行星的科學家），聚焦的都是那些與地球類似的行星。事實上，經常都有發(fā)現(xiàn)類似地球的系外行星的消息發(fā)布，但實際上，這些行星在大小、溫度或組成方面，與地球的相似性都很模糊。
沃爾茲岡不關注這些所謂的“類地行星”，而是在意那些瀕死的、已經死了的和已經進入不安的“來世”的行星，例如脈沖星周圍的行星。不妨把這些行星合稱為“幽靈世界”。在舒適度和穩(wěn)定性方面，它們與地球大相徑庭。從某種意義上說，它們已經從一個意義上進入另一個意義上的存在。它們是沃爾茲岡的大多數(shù)同仁都視而不見、不屑一顧的怪異天體。不過，正是由于這些因素，讓沃爾茲岡對它們情有獨鐘：它們是極端案例，能測試有關行星怎樣形成以及在哪里生存的理論極限。
但必須指出，沃爾茲岡關注的其實也是生命世界，只不過他的切入點與別人正好相反。他指出，恒星衰老過程對行星的影響，關系到行星上生命的長期生存，這當然對我們的地球也有相當?shù)囊饬x。他知道，人類的生存的確面臨一些危機，但他探索的那些行星又讓他確信，宇宙中真的不乏生命，這就是他既不開心又開心的原因。
脈沖星PSR B1257+12的行星系統(tǒng)（想象圖）
“1257”的3顆行星
沃爾茲岡的幽靈世界之旅開始于一段“偷來”的時間。直徑超過300米的阿雷西博射電望遠鏡位于波多黎各。通常情況下，它的觀測時段都被預訂得滿滿的。但當沃爾茲岡1990年1月造訪這里時，這座巨大的望遠鏡正停轉檢修。他意識到這是一個難得的機會，于是請求執(zhí)行“盲眼調查”并獲準。所謂盲眼調查，就是利用地球的自轉，讓天空的不同部分依次進入望遠鏡的視野，然后查看有無任何異常出現(xiàn)。雖然對天空中的每一個區(qū)域只有30秒觀測時間，但因為這座望遠鏡如此巨大，所以仍然足以發(fā)現(xiàn)許多有趣的東西。沃爾茲岡戲稱當時進行的是“牛仔科考”，即邊騎馬邊看。
沃爾茲岡進行了大約10天的巡天，很快就探察到了一種特殊的脈沖星——毫秒脈沖星，即每秒自轉數(shù)百次的脈沖星。當時，它僅僅是第5顆被發(fā)現(xiàn)的這類脈沖星。這顆星如今的正式名稱是“PSR B1257+12”，其中“PSR”代表脈沖星，“B1257+12”表示的是它在天球上的坐標。沃爾茲岡則簡稱它為“1257”。但回想當初，當他試圖解釋來自這顆城市一般大小的脈沖星的奇異無線電脈沖定時之際，他并未產生這種親切感，反倒感覺痛苦萬分，原因很簡單——它根本不符合任何標準模式。難怪他不得不絞盡腦汁，苦苦思考。
沃爾茲岡很快就意識到，如果一顆小天體正在前后拉扯這顆脈沖星，導致它的信號有時候早到一點，有時候晚到一點，那么這些阿雷西博數(shù)據(jù)就不難理解了。到了1990年6月，他已經確信一顆環(huán)繞脈沖星的行星是唯一合理的解釋。但又經過了大量非常辛苦、細致的分析，才證明了PSR B1257+12實際上擁有3顆行星，分別是A、B、C。
他知道這一研究結果必須接受同行的詳細審議：這些行星是第一批在一般認為不可能存在行星的地方發(fā)現(xiàn)的、卻又被證實存在的系外行星。難道在公開自己的這個發(fā)現(xiàn)之前，沃爾茲岡對它沒有任何懷疑？他說“絕對沒有”，因為雖然這個結論聽起來有點怪異，但脈沖星計時是一種極為準確的方法。
1992年1月，沃爾茲岡在美國天文學學會的一次會議上公布了自己的上述發(fā)現(xiàn)。行星B和C的質量都大約是地球的4倍，行星A的質量只有地球的1/50，只比月球的質量大一點點。事實上，它是迄今已知質量最小的系外行星。這一宣布引來了驚奇和困惑的浪潮。從哥白尼到卡爾·薩根（1934～1996年，美國著名天文學家、宇宙學家、天體物理學家和天體生物學家），一系列很寬范圍的影響終于讓天文學家們確信：星系中必定充滿了其他很多很多像太陽系一樣的恒星-行星系統(tǒng)。而如今，終于確鑿地發(fā)現(xiàn)了環(huán)繞另一顆恒星的行星，但兩者看起來都完全不對勁。畢竟，幾乎每個天文學家都以為行星只能環(huán)繞“正常的”恒星。怪異的行星環(huán)繞怪異的脈沖星？這是怎么回事？
推斷出的有關PSR B1257+12的故事，與太陽系的故事相比，也完全是另一回事。我們的太陽是一顆中等質量的質樸恒星，而演化成脈沖星的恒星一開始就擁有超大質量，而且光彩奪目。地球及其相鄰行星都作為太陽誕生時的一部分而形成，環(huán)繞脈沖星的行星卻誕生于恒星的死亡階段。
對于脈沖星的行星，沃爾茲岡勾勒出這樣的故事。在年輕時，脈沖星PSR B1257+12原來的恒星質量至少是太陽的8倍。在自身的巨大引力作用下，恒星明亮、熾熱地燃燒，在僅僅幾百萬年里就消耗了大部分核能儲存。在生命末期，恒星作為超新星爆發(fā)，把自己的大部分材料猛烈向外拋。剩下的一切，只是原來恒星核的一個殘塊。它極度致密，高速自轉——它就是脈沖星。在這場超級動蕩中，在超新星之前可能存在于軌道中的任何行星，都肯定會被消滅。不過，恒星的轉變過程至此并未完成。
不管是起源于附近一顆伴星，還是產生自所謂的超新星墜回材料（恒星拋射材料中因速度不夠，而未能逃逸到太空的那部分），一個氣體盤圍繞脈沖星形成了。氣體盤接著凝固，創(chuàng)生一個新行星家族，這些行星由超新星創(chuàng)造的重元素組成。
全新世界
作為繼1930年冥王星被發(fā)現(xiàn)后再次發(fā)現(xiàn)新行星的第一人，沃爾茲岡為自己在教科書中贏得了一席之地。由于冥王星如今已被降格為矮行星，所以也可以說他是繼1846年海王星被發(fā)現(xiàn)后發(fā)現(xiàn)新行星的第一人。但PSR B1257+12的3顆行星很快就淡出人們的視線，因為它們太過怪異，太出乎預料。它們不符合美國宇航局對系外行星的找尋標準，它們的特點并不引人注目。從1995年開始，其他天文學家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了圍繞“正統(tǒng)”恒星（類太陽恒星）的行星。此后，對系外行星的注意力，大部分都很快轉到這個方向。
在此背景中，幽靈世界卻一直在靜悄悄地變得越來越耐人尋味。1993年，當時在加州理工學院工作的斯蒂芬·索賽特辨識了環(huán)繞另一顆脈沖星——PSR B1620-26的一顆行星質量的天體，并稱之為“行星PSR B1620-26”。它與沃爾茲岡發(fā)現(xiàn)的脈沖星的行星完全不同：它的質量是木星的2.5倍，超過PSR B1257+12的3顆行星總質量的100倍。它的軌道也截然不同：它沿著一條100年走完一圈的路徑，同時環(huán)繞脈沖星和另一顆獨立的伴星。它與地球的距離是127億光年，這讓它成為已知最古老的行星，綽號“壽星”?；旧峡梢钥隙?，它是一顆“搶”來的行星，是從另一顆伴星那里搶來的。
2011年，由馬修·貝爾斯領導的一組澳大利亞射電天文學家（射電天文學是天文學的一個分支，它在無線電頻率研究天體），發(fā)現(xiàn)了第三個環(huán)繞一顆脈沖星“PSR J1719-1438”的行星系統(tǒng)。它與沃爾茲岡和索賽特發(fā)現(xiàn)的脈沖星的行星系統(tǒng)都不同：它的質量與木星相仿，密度卻是木星的10倍，比鉛的密度還高。極高的密度透露了它的起源，沒有哪顆正常行星的密度會這么高。最可能的情況是，行星“PSR J1719-1438 b”是一顆近距離環(huán)繞脈沖星的恒星的全部殘骸。這顆恒星的大部分被脈沖星誕生時的爆炸毀滅，只剩下被高度壓縮的星核。如果貝爾斯的猜測無誤，這顆行星的外層就可能是由結晶碳組成的。結晶碳的另一個更常見的名稱是：鉆石。沒錯，這顆脈沖星的確裝飾著一枚巨大的鉆石。
除此之外，迄今為止再未發(fā)現(xiàn)過其他脈沖星的行星。這就留下了一個奧秘：3個發(fā)現(xiàn)，3類完全不同的行星。沃爾茲岡相信，星系中像他的“1257”那樣的脈沖星數(shù)量很多，但它們的行星個頭太小，不能被現(xiàn)有的射電望遠鏡搜索到。他計劃重返阿雷西博尋找它們，但這得花大量觀測時間。就目前而言，他把注意力對準另一類個頭更大的幽靈世界。
被烤焦的殘骸
只有最大質量的恒星才會演變成脈沖星，這類恒星“大佬”畢竟很少見。在銀河系中，大約97%的恒星都較小。它們采取另一種演化途徑——在變成紅巨星之后繼續(xù)演變。像太陽這樣的主流恒星，在衰老過程中逐漸變亮、變熱（我們的太陽目前正是如此），直到最終的悸動讓它腫脹成一顆紅巨星。從天文學意義上說，紅巨星很快就會炸掉自己的外層，留下一顆白矮星（基本上就是恒星的內核）。白矮星逐漸降溫，直到一切歸于永久的黑暗。
如果你想了解大多數(shù)瀕死、已死或重生的行星，紅巨星附近是最佳研究場所。沃爾茲岡已把大部分注意力轉到這個方向，還招募了一大群合作者。從2004年起，他們調查了大約1000顆恒星，其中大多數(shù)是紅巨星。沃爾茲岡指出，通過探索紅巨星周圍的行星，能夠了解行星系統(tǒng)在其環(huán)繞的恒星開始演化、失去質量和腫脹等情況下會發(fā)生什么。
沃爾茲岡等人已發(fā)現(xiàn)了超過40個環(huán)繞紅巨星的行星系統(tǒng)，這讓他們能夠估計同樣的過程將如何在太陽系里上演。隨著太陽變得越來越亮，越來越燙，太陽系的可居住區(qū)域將外移。大約10億年后，地球將變得過熱，而火星則將變得風和日麗。到那時，木星和土星的衛(wèi)星將解凍，其中歐羅巴（木衛(wèi)二）和泰坦（土衛(wèi)六）將轉變成暫時性的海洋世界。在太陽最為“紅光滿面”時，其輻射的熱量之多，甚至就連冥王星也會變得春風和煦。美國宇航局“新地平線”飛行器（計劃2015年抵達冥王星）任務的領導者阿倫·斯特恩認為，這些可能性的確存在。
對于行星的生存來說，紅巨星階段是不成則敗的時段。隨著恒星拋卻其外層，它的質量越來越小，引力也越來越小。作為回應，行星會外移到新軌道，從而有可能讓整個恒星-行星系統(tǒng)變得混沌而失去穩(wěn)定性，發(fā)生軌道交叉、行星之間撞擊之類的事件。與此同時，恒星持續(xù)膨脹，存在吞噬自己的行星“孩子”的可能性。
沃爾茲岡已見過這類后果，見過軌道呈高度橢圓的行星，見過位于恒星外層、幽靈般的氣體云。有關數(shù)據(jù)尚不能確定地球的結局將是其中哪一種，或許它依然會作為一個巖石球存在，但那也將是徹底的不毛之地。那時的水星和金星，幾乎可以肯定將被氣化。
最近，通過對一顆被稱為“BD+48 740”的紅巨星的研究，沃爾茲岡及其同事得到了上述兩種可能性。研究者們在一篇論文中報告說，“BD+48 740”的表層中有大量的鋰。這種元素在行星上常見，在恒星上卻幾乎不存在。他們把這些鋰解讀為一顆被焚毀行星的化學殘余。與此同時，一顆質量稍大于木星的主要行星依然環(huán)繞恒星，但其軌道已被擾動，變成了橢圓形。
生命輪回
故事至此，變得越發(fā)迷離。那么，沃爾茲岡等人對宇宙中充滿可居住世界的樂觀，又從何而來？一篇有關在白矮星周圍尋找生命的新論文，可能提供了答案。首先，該論文暗示白矮星周圍可能存在可居住的行星，而且是在紅巨星“煉獄”之后“沒有出路”的階段。其次，論文的領銜作者是非常著名的哈佛大學理論物理學家阿維·洛柏。由此看來，沃爾茲岡等人的樂觀應該也不是無端猜測。
洛柏解釋說，白矮星周圍很明顯有碎屑盤，這些材料原則上可凝固成行星。問題是：如果白矮星周圍真的有行星，其中一些還是巖石行星，那么它們是否會支持生命的存在？洛柏指出，在白矮星形成10億年后，它的溫度將與太陽相仿。到那時，它的個頭將小得多，亮度也暗得多，但如果行星形成于離白矮星很近（比地球與太陽之間距離近很多）的軌道上，它們就能獲得足夠的光和熱，從而能構成生命存在的條件。這被稱為生命的第二起源：新世界從舊世界的灰燼中誕生，新生命從被烤焦的行星系統(tǒng)殘骸中浮現(xiàn)。
白矮星持續(xù)降溫，因此，哪怕它旁邊的行星開始時溫暖舒適，也會逐漸進入深度凍結。不過，行星的可居住條件依然可能持續(xù)足夠長時間——至少幾億年，從而讓生命有時間重新開始。如果生命從未真正滅絕，那么生命演化過程可能會更快。在一個演化中的行星系統(tǒng)里，生物體可能會從一顆行星或衛(wèi)星跳躍到另一顆這樣的天體，這要么是刻意的移民，要么是通過小行星撞擊來實現(xiàn)。在恒星過渡到紅巨星的過程中，生命將會向外遷徙，而一旦白矮星出現(xiàn)，生命則一定會向內遷移。
洛柏的上述白矮星理論令人驚訝，但沃爾茲岡有關脈沖星附近行星可能存在生命的理論，更令人大跌眼鏡。傳統(tǒng)教科書和論文絕對不支持這類生命理論，但沃爾茲岡向來對傳統(tǒng)“不太感冒”。在他的說法中，這些行星或許擁有強大的保護性磁場，它們表面的生命可能穿著輻射防護服到處活動。在他看來，生命只是行星的一個特性而已，其他特性則包括大氣層、大陸漂移、火山活動、溫室效應和與恒星之間的距離合適等等。生命并不一定要取決于行星的初始條件，生命的出現(xiàn)并不一定是一件很復雜的事。即使是在條件嚴苛的“幽靈世界”里，也不能斷定生命無從立足。
射電天文學
射電天文學是指用無線電頻率研究天體的天文學分支。首次對來自天體的無線電波進行探測，是在20世紀30年代進行的。當時，美國天文學家卡爾·央斯基觀測到了來自銀河系的輻射。后來的觀測辨識了一系列不同的無線電發(fā)射源，其中既有恒星和星系，也有全新類型的天體，例如射電星系、類星體、脈沖星和脈澤。通過射電天文學，科學家發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射，這被認為是大爆炸（即宇宙始于大爆炸）理論的證據(jù)。射電天文學研究是利用被稱作射電望遠鏡的無線電天線進行的。射電望遠鏡可以單獨使用，也可與運用無線電干涉測量和孔徑合成技術的多座望遠鏡聯(lián)用。對干涉測量的使用，讓射電天文學能達到很高的角分辨率，這是因為干涉儀的分辨能力決定于其元件之間的距離，而不是取決于元件大小。
在央斯基20世紀30年代觀測銀河系之前，物理學家猜測來自天體的無線電波可能會被觀測到。在19世紀60年代，蘇格蘭物理學家麥克斯韋的方程組已經證明電磁輻射與電和磁都有關，并且任何波長都可能存在電磁輻射。科學家進行了多次嘗試，欲探測來自太陽的無線電發(fā)射，但由于實驗儀器的技術水平有限，這些嘗試都不成功。
20世紀30年代初，央斯基非常偶然地發(fā)現(xiàn)了首個天體無線電來源。當時，作為貝爾電話公司的一名工程師，他正在調查干擾短波跨大西洋聲音傳輸?shù)撵o電。使用一部定向天線，他注意到自己的模擬紙筆記錄器持續(xù)記錄到未知來源的一個重復信號。由于此信號大約每24小時達到峰值，央斯基起初相信干擾源是干擾定向天線視圖的太陽。但進一步的檢測表明，干擾源并非精確跟隨每天24小時的太陽周期，而是具有每23小時56分鐘的重復周期。央斯基向他的朋友、天體物理學家兼教師梅爾文提到這一奇怪現(xiàn)象。后者指出，23小時56分鐘正是一個恒星日的精確時長，也就是說，干擾源的確是一個天體！央斯基最終判定，當他的定向天線瞄準人馬座中銀河系最致密的部分時，輻射源就達到峰值。他認為，由于太陽和其他恒星并非是無線電噪聲的主要發(fā)射器，因此定向天線遇到的奇異無線電干擾有可能是由銀河系中的星際氣體和塵埃產生的。（后來才發(fā)現(xiàn)，這一干擾是由一個強磁場中的電子發(fā)射的，而這一強磁場來自位于這個最致密部分的復雜天體。）
央斯基在1933年公布了自己的發(fā)現(xiàn)。他希望更詳細地調查來自銀河系的無線電波，但貝爾公司指派他去從事另一個項目，所以他沒能持續(xù)在天文學領域的工作。不過，他在射電天文學領域的先鋒工作得到了認可：輻射流密度的基本單位——央斯基，就是用他的名字來命名的。1937年，受央斯基的工作激勵，美國科學家雷柏在自家后院建造了一部拋物面射電望遠鏡。他以重復央斯基的觀測為開端，接著在無線電頻率進行首次巡天觀測。1942年2月27日，英國科學家赫伊對太陽發(fā)射的無線電波進行了首次探測。
“二戰(zhàn)”期間，英國劍橋大學對電離層進行研究。在那里，拉特克利夫和其他科學家一道，從事戰(zhàn)時雷達研究。他們建立了一個無線電物理學團隊，對來自太陽的射電輻射進行觀測、研究。這一早期研究很快就分化成對其他天體無線電源的觀測。從此開始，射電天文學蓬勃發(fā)展，直到今天。
