外星人早已发现地球？地球附近有29颗宜居行星能看到地球

想象一下，地球只是银河系边缘一颗普通恒星旁的小小行星，就孕育出了如此缤纷多彩的生命。
    而天文学家估计，可观测宇宙中有超过两兆个星系，若换算一下，每个星系中都包含超过千万颗恒星，而每颗恒星平均至少有一颗行星绕行。
    在这么多的行星当中，连一个外星生命都不存在，似乎说不过去。


    自从明白了地球只是宇宙中一颗再普通不过的行星之后，人类就对外星人产生了浓厚的兴趣。数十年来，天文学家在宇宙中四处张望，试图捕捉外星文明留下的蛛丝马迹。
    虽然直到现在仍没有直接发现外星人，但收获并非空白——迄今已经确认的系外行星超过五千颗，其中相当一部分具备了与地球类似的条件，被归入所谓"宜居行星"的范畴。
    可以想象，在这些宜居行星上，也可能像地球一样孕育出生命，甚至在漫长岁月之后演化出与我们类似的智慧文明。面对这个自古以来的巨大疑问，天文学家在2022年8月底利用詹姆斯·韦伯太空望远镜取得了初步进展。


    虽然并非直接证实生命存在，但验证了发现生命印迹的重要测量方法。究竟科学家拍到了什么，取得了哪些特别的资料，与外星生命的关系又是什么，值得深入探究。
    地球之外是否有生命存在，是人类自古以来的重大命题。如果真的找到外星生命，不仅对科学，对社会、经济、文化等人类文明的方方面面，势必都会有不可小觑的影响。
    过去数十年来，人们探索这个问题的方式主要分成两种。
    第一种是尝试发射或接收来自宇宙中高等智慧文明所发出的讯号。比如1974年，人们就曾经朝着武仙座的M13球状星团发射了著名的阿雷西博电波讯号。这个目标星团距离地球不算远，星星又多，因此成为首选。


    阿雷西博讯息中包含着人类的DNA结构、太阳与当时九大行星，以及人类的姿态等等资讯，向外星人展示我们的存在，并期待收到回信。
    但这样的方法，一方面不知道什么时候可以收到回复，只能苦苦等待；即使对方收到了，能否解读也是一大问题。
    另一方面，主动发出讯息也必须背负暴露地球在宇宙中位置的风险。第二种方式是试图在宇宙中寻找生命对其环境造成的影响。
试想一下，如果地球上的生物从未出现，现在的地球看起来会是什么样子？如果没有生命，就没有大量蓝绿菌与藻类可以进行光合作用，没有光合作用把二氧化碳转成氧气，地球大气层中的氧气将快速在风化作用中被消耗殆尽，留下一颗几乎没有氧气的行星。


换言之，从天文学的角度来看，大气中有21%都是氧气的地球，其实是非常奇怪的特例。因此，如果我们看到某个大小与地球相似的系外行星，其大气中的氧气浓度超乎寻常的高，这些氧气就很可能是源自于该星球上的生物。
所以系外行星大气层中的氧气，可以被当成寻找外星生命的标杆，这样的概念被称为"生命印迹"。除了氧气，臭氧、甲烷、一氧化二氮、氯甲烷等气体，也都是相当重要的生命印迹。
如果能在系外行星的大气层中发现这些气体，并证明它们在该星球的环境下不可能由其他机制自然产生，那就足以作为外星生命存在的重要佐证。
反过来思考，人类得以发现如此多的宜居行星，其实也依靠着两套关键技术：一是"径向速度法"，通过观察恒星因行星引力牵引而产生的细微晃动，反推出行星的存在；二是"凌日法"，当行星从母恒星前方经过时，星光会出现周期性的微弱变暗，由此判断行星轨道与体积。


有意思的是，这两种探测方式并不是地球独享的"专利"——只要文明发展到一定程度，任何星球上的观测者都可能想到同样的办法。
也正因如此，才有天文学家反过来问了一个耐人寻味的问题：在地球周围，究竟有多少颗行星"看得到"地球？
研究人员对太阳系附近的恒星系统进行了系统筛选，最终锁定了大约29颗位于宜居带内、并且从其位置可以观测到地球凌日现象的类地行星。
换句话说，如果这29颗行星上真的存在文明程度足够的生命，他们完全可以用与人类相同的凌日法，捕捉到太阳被地球周期性遮挡的信号，从而推断出太阳系里有一颗蓝色的岩石行星。因此，仔细分析系外行星的大气层，就成了寻找外星生命的天文学家共同的努力方向。


然而系外行星极其遥远，与地球的距离动辄数百上千光年，当然没办法送一发探测器或太空船前去实地采集这些系外行星的大气样本。天文学家能仰赖的，是分析这些系外行星的光谱。
什么是光谱呢？回想一下小时候玩三棱镜的经验。
如果将一束阳光通过三棱镜，在棱镜的折射之下，阳光就会按照波长散开成红橙黄绿蓝紫等不同的部分，形成一道小小的人造彩虹，这就是所谓的光谱，描述着一道光是由哪些不同波长的光所组成。
观测光谱是天文学家了解天体的重要方法，因为每一种分子都会吸收与放出特定波段的光，形成一条一条的发射或吸收谱线，就像独属于这些分子的指纹一般。
天文学家就可以在纷杂凌乱的天体光谱中，鉴别出各种分子留下的谱线，从而知道这个天体是由哪些物质所组成的。这就像侦探从混乱的犯罪现场中留下的蛛丝马迹，推理出真凶的身份一样。


可惜的是，由于系外行星实在太远、太小又太暗，想要直接观测它们的光谱非常困难，即使是世界上最好的望远镜也力有未逮。天文学家想到的方法是：如果系外行星实在太暗，那就趁着系外行星绕行到它的母恒星前方时，把母恒星发出的光当作是背景光源。
当母恒星的光线通过系外行星的大气层，大气层的分子们就会在特定波段吸收掉一点点母恒星的星光，使得母恒星在这些波段看起来要比平常更暗一些。
如此一来，只要比较有行星遮挡和没有行星遮挡两种情况下拍到的光谱差异，就可以算出系外行星贡献的吸收光谱，并分析它的大气成分。用这种方式拍摄出的光谱，称为系外行星的穿透光谱。


这次韦伯选择观测的目标WASP-39b距离地球约700光年，这颗系外行星跟它的母恒星之间的距离只有约0.05天文单位，也就是地球跟太阳之间距离的二十分之一。
由于距离十分接近，母恒星的炙热阳光让WASP-39b的大气层升温膨胀，使得这颗质量只跟土星相当的行星，体积却比木星还大，形成又热又蓬松的大气层。
可以想象，行星越是大颗，大气越是蓬松，就越能遮挡住母恒星的光，从而制造出更明显的吸收谱线，方便天文学家分析。因此WASP-39b才会被选为第一个让韦伯小试牛刀、展示实力的目标。
利用近红外线光谱仪，韦伯记录了WASP-39b在穿越母恒星前方的过程中，母恒星不同波段的亮度变化。曲线中段的陡降，正是由WASP-39b遮挡了它母恒星的光线所产生的。


乍看之下，每个波段的亮度变化曲线似乎没什么不同，但放大观察就会发现，在4.3微米的波段，母恒星的亮度下降要略高于其他波段。如果将各波段被吸收的量一字排开，就可以清楚地看到在4.3微米处有个明显的吸收高峰。
经过比对后，天文学家相信这个高峰正是源自二氧化碳的吸收谱线。这是天文学家首次清晰地在系外行星的大气层中找到二氧化碳存在的证据。
虽然证明二氧化碳的存在，离找到生命印迹乃至于生命存在的证据还有十万八千里之遥，但这个观测结果仍向世人展示了韦伯在观测系外行星大气方面的强大潜力。
经过30多年的努力，如今人类已经发现超过5000个形形色色的系外行星，有的就像WASP-39b一样巨大而且炙热，拥有浓密的大气层；有的则像地球一样拥有岩石核心，可能存在陆地与海洋；最近甚至还发现了近三成质量都是由水组成的海洋行星。


而韦伯的穿透光谱观测，将能够帮助天文学家更仔细地研究系外行星的大气层，了解它们究竟是由什么元素组成的。也许在这个过程当中，就能够找到生命印迹。
值得思考的是，我们现在推估的生命，其实也是以地球生命为范畴，藉此想象会有哪些化学反应的印痕。但要是出现一些完全不同的生命体，又应该怎么找证据呢？
宇宙尺度过于浩瀚，即便对方已捕捉到我们的凌日信号，光穿越数十上百光年也需要漫长等待。人类此刻仰望星空搜寻生命印迹，或许恰与远方某个观测者的目光在时间长河中悄然错身。
真正的相遇尚未发生，但技术的钥匙已经握在手中，剩下的，只是耐心与运气。
⚠️内容来自互联网，如有侵权请点击反馈！侵权投诉