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外星文明观测到地球 会是怎样情形?
2019-10-23 08:53:05  出处:新浪科技  作者:叶倾城 编辑:雪花   点击可以复制本篇文章的标题和链接

纵观宇宙,我们可以看到数万亿个星系,每个星系中都有无数颗恒星。地球上的生命不仅繁衍昌盛、复杂多样,还发展出了智慧生命、发明了先进的科技,甚至具备了一定的太空飞行能力。但这些技术都是在近几十年内刚刚出现的,而太空又是如此广袤无垠。假如有某个外星文明发现了地球,它们会认为地球文明有趣吗?

地球位于太阳系的所谓宜居带中,拥有一层薄薄的大气,因此表面可以维持液态水的存在。火星和金星可能一度也位于宜居带中,但如今金星太热、火星又太冷,均无法让地球生命繁衍生息。

目前,我们寻找系外星系的方法主要有两种:

一是“恒星摆动”探测法:围绕恒星转动的行星会对恒星造成拖曳,因此从观察者的角度来看,恒星会不断振动,帮助科学家确定行星的公转周期和质量(取决于行星轨道朝向的不确定性)。

二是“凌日法”:当行星从恒星前方穿过时,会阻挡恒星发出的一部分光线,因此从观察者的角度来看,恒星的亮度会周期性变暗。

假如有一个足够先进的外星文明从极远处观察地球,并且从它们的方向看来、地球正在从太阳前方穿过,它们就很可能发现地球上存在生命。

由于光速有限,即使是离我们最近的恒星,收到的地球信号也必定来自于几年前、甚至几十年前。银河系中离地球较远的恒星只能观测到地球几百年前、甚至几千年前的形貌。而如果观察者位于某个遥远的星系,它们见到的地球更是要追溯到几百万年、甚至数十亿年前。然而,外星人可以分析地球凌日时大气层的谱线,因此即使相隔数十亿光年,也能从中找到地球存在生命的痕迹。

当地球(或任何行星)从太阳前方穿过时,照射到地球表面的阳光便会被挡住,导致太阳的光通量下降;没有照射到地球的光线则会继续前进,从恒星传递到观察者眼中,成为背景光;至于那些只接触到了地球大气、并未接触地表的阳光,它们大部分会径直穿过,但还有一部分会被大气中的原子与分子吸收。这些原子和分子会被吸收的光线激发,在大气光谱中形成吸收谱线或发射谱线。科学家在系外行星大气层中寻找氢原子、氦原子、甚至水分子时,已经运用了这种技术。

假如某个外星文明在过去20亿至25亿年间曾观察过地球,就会发现地球大气主要由氮气构成,但也包含大量氧分子。水蒸气和氩气在大气中各占1%,此外还有少量二氧化碳、甲烷、臭氧及其它化合物。

在我们寻找系外行星的过程中,这样的气体组成被视为该星球存在生命的重要标志。我们知道有几种无机途径可以在行星上产生大量氧气,但要达到5%以上的比例,在没有生命的情况下很难实现。因此,假如有某个外星文明观测到了地球的凌日过程,哪怕是在恐龙时代,地球在它们眼中也会显得极其有趣。

这是一种搜寻潜在宜居星球的好方法,但只有当被观测行星、该行星围绕的恒星、以及观察者所在行星刚好排成一条直线时,该方法才能发挥作用。正在修建的詹姆斯·韦伯望远镜便计划利用这种方法、在地球附近的凌日行星上寻找生命存在的迹象。

然而,如果仅依靠凌日法,我们注定会错过发现大多数宜居星球的机会。哪怕地球离系外行星与系外恒星的连线只偏了一丁点儿,也无法观察到凌日现象,我们也就无从探测该行星的大气组成。但也不必为此绝望,因为我们还有另一种不需要依赖行星凌日的技术,名叫直接成像法。

利用强大的哈勃望远镜(以及后续发明的地面自适应光学技术),我们首次得以直接拍摄系外行星的图像,并借此观察到这些行星围绕恒星旋转的过程。利用日冕仪或遮星仪等仪器,我们可以挡住恒星发出的光线,仅拍摄我们感兴趣的行星的照片。

只要我们愿意等上足够久,便可以从区区一个像素中判断出某颗星球是否宜居,还能寻找该星球上是否有地球的一些典型特征。通过直接拍摄某颗行星的照片、并记录不同时刻抵达的光线波长,我们可以了解到该星球的诸多特性。例如,通过行星的短周期变化和反复出现的光谱特征,我们可以计算出该行星的轨道周期;从行星的颜色中,我们可以判断这颗行星表面水、陆地与冰的面积占比,并判断行星上空是否存在云层。而如果观测时间超过一年,我们还可以进一步了解该行星的轨道性质、判断该行星地表植被是否存在季节性变化、甚至判断该行星在夜晚是否会出现人造光源。

对于100光年以内的观察者而言,只要运用足够大、性能足够优良的望远镜,便可观测到微弱的人造光。通过发明人造光源,人类成功击溃了黑暗,堪称一项伟大的技术成就。但与此同时,动植物及其它生物数十亿年来适应的天然黑暗环境正在逐渐流失,算是我们取得这一成就所付出的代价。

然而,我们通常不会考虑到这些人造光源带来的另一种好处:人类使地球的天然外观发生了改变,因此只要有某个智慧程度足够高的外星物种观察到地球,便可推断出地球上存在一种有能力改变星球的物种。当然,这并不算板上钉钉的证据,但这种迹象是一种强烈的暗示,说明该行星不仅宜居、而且已经出现了一种掌握先进技术的智慧生命。

由于我们从未在宇宙中找到过其它生命,我们只能推测某颗宜居行星上出现生命的概率有多大。银河系中也许有数十亿颗拥有生命的行星,也可能只有地球一个;也许很多行星上都有延续了数百万年、甚至数十亿年的生命,也可能地球便是生命的唯一归宿;银河系中也许有成千上万具备太空飞行能力的外星物种,也可能人类便是整个可见宇宙中最先进的生物。在真正发现外星生物之前,我们只能不断猜测、不断添加限制条件。

我们在搜寻外星文明时,主要是寻找一些特定信号,如大气组成、地表特征、卫星和飞船、甚至是特意发出的FM射电波等等。而地球发出的这些信号也可能使我们被先进的地外文明探测到。哪怕相距极远,外星生命也能判断出地球是一颗宜居星球。但必须离得足够近、能够观察到地球相对较新的状态,外星生命才能发现地球上生活着一类掌握了先进科技的物种。

尽管宇宙中的大部分星系都位于数十亿光年之外,但就在地球方圆几百光年之内,也分布着无数颗恒星。这就意味着成百上千万颗行星、成百上千万存在生命的可能性、甚至成百上千万发现智慧外星生命的可能性。哪怕其中有一颗星球上存在生命,遥远的空间距离也无法阻止我们对其展开研究,就像它们也会对我们展开研究一样。

光速或许是一大限制因素,但假以时日,人类对地球的影响迟早会被某个星系中的某个外星物种注意到。双方也许无法很快进行交流,但哪怕只发现一种外星生命,都会彻底改变我们对“存在”的理解。真希望那一天赶紧到来!

如果地球上所有的冰一夜之间融化……太可怕

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