天文生物學超入門：從生命起源到系外生物探測，探索宇宙演化的嶄新學問-FindBook 找書網 ISBN:9786263790278

內容簡介

「地球之外存在生命嗎？」──探究宇宙最大的謎題之科學

由東大教授以淺顯易懂的解說，搭配上實際照片和插圖，

介紹有關外星生命和第二地球存在的常識、最新資訊和未來預測！

　　美國太空總署（NASA）對天文生物學的定義是

　　「研究地球上和地外生命的起源、演化、分布、未來的學問」。

　　包含地球在內，只要跟「宇宙」和「生命」有關的東西都被涵蓋其中。

　　實際上，天文生物學的研究集結了過去被分散在

　　天文學、物理學、生物學、地球與行星科學、醫學、工程學等

　　各個領域的研究者，可說是融合不同專業之跨領域的學問。

　　本書網羅近年來在定義廣泛的天文生物學中，備受眾人注目的幾大主題。

　　從天文生物學最新的熱門話題，俯瞰整個天文生物學的全貌。

　　接著，會區分為〈太陽系內的生物探測〉與〈太陽系外的生物探測〉兩大部分介紹。

　　其中，將重點著墨今後10〜20年預期將有巨大進展的「太陽系外生物探測」上。

　　探索火星生命等太陽系內的生物探測當然也很吸引人，

　　但是太陽系「外」生物探測的精彩程度也絲毫不遜色。

　　NASA耗資100億美元發射的最新太空望遠鏡，

　　以及日本將與國際合作建造的超大型地面望遠鏡，

　　其目標都在於──發現充滿生命的「第二地球」！

　　自1995年科學家發現了第1顆系外行星以來，人類已找到5000多顆系外行星。

　　同時在昴星團望遠鏡的活躍下，如今我們得以直接觀測系外行星，

　　甚至在太陽系附近發現了像地球這樣的小型岩石行星。

　　2020年代後半到2030年代前半預定啟用的次世代30m級大型地面望遠鏡，

　　將具備可直接拍攝太陽系外行星的特殊裝置（日冕儀），能直接調查行星表面的大氣成分。

　　被認為可望成為「太陽系外行星的天文生物學」最重要的里程碑。

　　在2040年代，「LUVEx任務」等終極高對比度太空望遠鏡將會升空，

　　藉此我們或許不僅可以觀測到小質量M型主序星的周圍，

　　還能在類太陽恆星周圍的類地行星上發現生命的蹤跡。

　　宇宙中遍布「第二地球」，而且那些行星上棲息著各式各樣的生命，

　　這些如同科幻小說的情節，或許在不久後的未來將會成為我們的常識。

作者介紹

作者簡介

田村元秀

　　東京大學研究所教授、天文生物學中心主任（兼職於日本國立天文台）。1988年，京都大學研究所理學研究科博士課程畢業。理學博士。曾任美國國家光學天文台研究員、NASA噴射推進實驗室研究員、日本國立天文台助理教授、副教授，分別於2013年和2015年就任現職。

　　專長為系外行星天文學、恆星／行星形成、紅外線天文學。曾獲日本天文學會林中四郎獎和東麗科學技術獎等。著有《太陽系外行星》（日本評論社，2015年）和《尋找第二個地球！》（光文社，2014年）和《天文生物學》（合著，化學同人，2013年）等。

序

前言

　　大家有聽過「天文生物學（Astrobiology）」這個詞嗎？

　　既然會從書架上拿起這本書，代表對這個名詞感興趣，所以大家的回答應該是「有」吧。不過，對很多人而言，這或許還是個很陌生的詞彙。

　　這個詞是天文學（Astrology）和生物學（Biology）組合成的新造詞，實際上有很多不同的含義。比如，美國太空總署（NASA）的定義是「研究地球上和地外生命的起源、演化、分佈、未來的學問」。因為這個定義很廣，所以包含地球在內，只要跟「宇宙」和「生命」有關的東西都被涵蓋其中。另一方面，在醫學上，這個詞主要是指在太空站等微重力環境對人體影響的研究，雖然跟前者的語義稍有出入，但廣義上也包含在此定義內。

　　但領域的定義「鬆散」絕對不是一種缺點，反而有助於眾多領域的研究者合作，推動「領域融合」，是一種優點。實際上，天文生物學的研究集結了過去被分散在天文學、物理學、生物學、地球科學、醫學、工程學等各個不同領域的研究者。我自己也是其中一個被天文生物學從天文學界吸引而來的研究者。

　　本書網羅了近年在定義廣泛的天文生物學中備受注目的幾大主題。在序章，我們將介紹天文生物學最新的熱門話題，俯瞰整個天文生物學的全貌。接著，我們會在第1部（第1章和第1章）的「太陽系內的生物探測」、第2部（第3章和第4章）的「太陽系外的生物探測」介紹各個主題的詳細內容。

　　其中本書將重點著墨我的專長領域，也就是今後10～20年預期將有巨大進展的「太陽系外生物探測」上。探索火星生命等太陽系內的生物探測當然也很吸引人，但我認為太陽系「外」生物探測的精彩程度也絲毫不遜色。這裡就給大家介紹一個例子吧。其實在太陽系的「鄰居」星系，也可能存在生命喔！

　　位於南天的半人馬座α星，是肉眼仰望夜空時全天空第三亮的恆星。其實這顆星星不是單一恆星，而是由兩個類似太陽的恆星組成的聯星。1915年，天文學加在這個星星稍遠的位置發現一個肉眼看不見的暗星，而且已知這個星星是離太陽系最接近的恆星。然而，它的距離即使用光速航行也要大約4年才能到達，以目前的技術不可能搭火箭從地球前往。這顆恆星稱為「比鄰星」或「毗鄰星」。比鄰星離我們這麼近，卻暗得無法用肉眼看見，是因為它是一個比太陽更輕、更冷得多的恆星。半人馬座α星是離太陽系第二近的恆星，後來科學家認為它跟比鄰星其實是一個三合星系統。

　　在發現比鄰星後大約過了100年，在2016年時，天文學家在這顆恆星的適居帶（habitable zone）發現了一顆跟地球類似的行星，並命名為比鄰星b。所謂的適居帶（habitable zone），是指行星跟恆星保持適當的距離，行星表面的水不會蒸發，也不會結凍，推測可以液態存在的溫度。換言之，比鄰太陽系的比鄰星系內存在著類似地球的行星。

　　但是，因為這個「第二地球」的恆星很暗，所以它跟恆星的距離（適居帶）非常近，大約只有地球到太陽距離的20分之1左右。這導致這顆行星總是用同一面朝向恆星，只有朝向恆星的那一面被持續加熱的「異形地球」。同時，來自恆星的紫外線和X射線很強，對生物來說可能非常難以生存。然而，正因為環境跟地球大相徑庭，所以對融合了多種領域的天文生物學而言，研究生命能否在該環境下生存反而是一個有趣的題目。順帶一提，天文學家在比鄰星系內還發現了另外兩顆行星。

　　在太陽系外行星研究領域，科學家正努力觀測像比鄰星這種小質量恆星周圍的類地行星。雖然對人類來說，類太陽恆星周圍的行星研究起來更容易，但這種小質量恆星的周圍更容易發現小質量的行星，而且數量也更多。比如現在服役中的NASA TESS衛星（凌日系外行星巡天衛星），以及日本天文生物學中心開發的昴星團望遠鏡用的新型紅外線光譜儀IRD，都在致力探索像比鄰星這類靠近太陽系的小質量恆星周圍的類地行星。

　　在此過程中發現的恆星，對在2021年聖誕節發射升空，2022年7月11日公開了第一張精緻全彩圖像的詹姆斯・韋伯望遠鏡來說，是絕佳的觀測對象。只要比較類地行星通過恆星前面和沒有通過時的照片，就能從兩者圖像的差異分析出該行星的大氣資訊。透過這類觀測，科學家可以得知該行星的大氣中是否存在生命所需的水和其他分子。

　　除此之外，預定將在2020年代後半到2030年代前半啟用的次世代30m級大型地面望遠鏡（ELT、TMT、GMT）上，將具備可直接拍攝太陽系外行星的特殊裝置（日冕儀），能直接調查行星表面的大氣成分。直接跟地球這種存在生命的行星大氣比較，尋找諸如此類的生命徵兆，被認為將是「太陽系外行星的天文生物學」最重要的里程碑。近年，抑制高亮度恆星的光線，以拍攝附近之黯淡行星的技術逐漸進步，比如昴星團望遠鏡已能直接拍到在圍繞類太陽恆星公轉的「第二木星」的影像。等這項技術更加進步，應用到30m級望遠鏡上，相信屆時將直接拍攝「第二地球」的圖像。

　　即使是對宇宙、天文、生物都不熟悉的人，相信在抬頭仰望夜空，看見平時從未注意到的繁星時，也可能會不禁思考自己究竟為何會誕生在宇宙中。宇宙中有這麼多星星，存在生命是不是必然的結果呢？又或者像地球這樣孕育生命的行星是獨一無二的存在呢？這世上到底有沒有外星人呢？是不是一想到火星上可能存在生命，你就輾轉難眠呢？我將本書推薦給所有曾有此類想法的人。當然，即便你平常從未想過這些問題，我也希望本書能勾起你對天文生物學的興趣。

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