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外星文明若觀測到地球 會認為地球文明有趣嗎?

2019-10-23 21:27:28 來源:新浪科技 作者:葉子 編輯:Noir 瀏覽:loading

  縱觀宇宙,我們可以看到數萬億個星系,每個星系中都有無數顆恒星。地球上的生命不僅繁衍昌盛、復雜多樣,還發展出了智慧生命、發明了先進的科技,甚至具備了一定的太空飛行能力。但這些技術都是在近幾十年內剛剛出現的,而太空又是如此廣袤無垠。假如有某個外星文明發現了地球,它們會認為地球文明有趣嗎?

  地球位于太陽系的所謂宜居帶中,擁有一層薄薄的大氣,因此表面可以維持液態水的存在。火星和金星可能一度也位于宜居帶中,但如今金星太熱、火星又太冷,均無法讓地球生命繁衍生息。

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  太陽系八大行星的偏心率、以及近日點和遠日點之間的差距均有所不同。出現這種結果并沒有什么特殊原因,只是由太陽系形成時的初始條件導致的。然而,水星等內側行星的凌日概率遠高于外側行星。水星每年會發生4次凌日,且出現“三星一線”的概率將近2%;相比之下,外側行星每次凌日的間隔時間更長,與地球和太陽剛好連成一條直線的概率也更低。

目前,我們尋找系外星系的方法主要有兩種:

  一是“恒星擺動”探測法:圍繞恒星轉動的行星會對恒星造成拖曳,因此從觀察者的角度來看,恒星會不斷振動,幫助科學家確定行星的公轉周期和質量(取決于行星軌道朝向的不確定性)。

  二是“凌日法”:當行星從恒星前方穿過時,會阻擋恒星發出的一部分光線,因此從觀察者的角度來看,恒星的亮度會周期性變暗。

  假如有一個足夠先進的外星文明從極遠處觀察地球,并且從它們的方向看來、地球正在從太陽前方穿過,它們就很可能發現地球上存在生命。

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  圖為開普勒行星KOI-64的主要凌日曲線(左)和幫助科學家發現這顆位于宿主恒星后方的系外行星的曲線(右)。光通量的減少使天文學家得以發現行星凌日現象,其它信息則能幫助科學家了解除了行星半徑和軌道周期之外的其它信息。

  由于光速有限,即使是離我們最近的恒星,收到的地球信號也必定來自于幾年前、甚至幾十年前。銀河系中離地球較遠的恒星只能觀測到地球幾百年前、甚至幾千年前的形貌。而如果觀察者位于某個遙遠的星系,它們見到的地球更是要追溯到幾百萬年、甚至數十億年前。然而,外星人可以分析地球凌日時大氣層的譜線,因此即使相隔數十億光年,也能從中找到地球存在生命的痕跡。

  當地球(或任何行星)從太陽前方穿過時,照射到地球表面的陽光便會被擋住,導致太陽的光通量下降;沒有照射到地球的光線則會繼續前進,從恒星傳遞到觀察者眼中,成為背景光;至于那些只接觸到了地球大氣、并未接觸地表的陽光,它們大部分會徑直穿過,但還有一部分會被大氣中的原子與分子吸收。這些原子和分子會被吸收的光線激發,在大氣光譜中形成吸收譜線或發射譜線。科學家在系外行星大氣層中尋找氫原子、氦原子、甚至水分子時,已經運用了這種技術。

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  一顆行星從恒星前方穿過時,部分光線并不會被行星阻擋,反而會從大氣層中透過,形成可以被精密天文臺探測到的吸收譜線或發射譜線。若大氣中存在有機分子或大量氧分子,未來也許就能被我們探測到。重要的是,我們不僅要考慮已知的生命痕跡,還要設想外星生命可能是什么模樣。

  假如某個外星文明在過去20億至25億年間曾觀察過地球,就會發現地球大氣主要由氮氣構成,但也包含大量氧分子。水蒸氣和氬氣在大氣中各占1%,此外還有少量二氧化碳、甲烷、臭氧及其它化合物。

  在我們尋找系外行星的過程中,這樣的氣體組成被視為該星球存在生命的重要標志。我們知道有幾種無機途徑可以在行星上產生大量氧氣,但要達到5%以上的比例,在沒有生命的情況下很難實現。因此,假如有某個外星文明觀測到了地球的凌日過程,哪怕是在恐龍時代,地球在它們眼中也會顯得極其有趣。

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  雖然我們并不清楚地球歷史上各個年代的確切大氣組成,但在25億年前,大氣中含有大量甲烷,幾乎沒有氧氣。氧氣出現后,甲烷隨之消失,地球也進入了冰河時代。但這些大氣變化是由生物過程推動的。假如能探測到某顆星球的大氣存在被生物改動過的痕跡,就說明該星球上或許存在外星生命。

  這是一種搜尋潛在宜居星球的好方法,但只有當被觀測行星、該行星圍繞的恒星、以及觀察者所在行星剛好排成一條直線時,該方法才能發揮作用。正在修建的詹姆斯?韋伯望遠鏡便計劃利用這種方法、在地球附近的凌日行星上尋找生命存在的跡象。

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