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外星文明若观测到地球 会认为地球文明有趣吗?

2019-10-23 21:27:28 来源:新浪科技 作者:叶子 编辑:Noir 浏览:loading

  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。

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  太阳系八大行星的偏心率、以及近日点和远日点之间的差距均有所不同。出现这种结果并没有什么特殊原因,只是由太阳系形成时的初始条件导致的。然而,水星等内侧行星的凌日概率远高于外侧行星。水星每年会发生4次凌日,且出现“三星一线”的概率将近2%;相比之下,外侧行星每次凌日的间隔时间更长,与地球和太阳刚好连成一条直线的概率也更低。

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。

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  图为开普勒行星KOI-64的主要凌日曲线(左)和帮助科学家发现这颗位于宿主恒星后方的系外行星的曲线(右)。光通量的减少使天文学家得以发现行星凌日现象,其它信息则能帮助科学家了解除了行星半径和轨道周期之外的其它信息。

  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。

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  一颗行星从恒星前方穿过时,部分光线并不会被行星阻挡,反而会从大气层中透过,形成可以被精密天文台探测到的吸收谱线或发射谱线。若大气中存在有机分子或大量氧分子,未来也许就能被我们探测到。重要的是,我们不仅要考虑已知的生命痕迹,还要设想外星生命可能是什么模样。

  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。

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  虽然我们并不清楚地球历史上各个年代的确切大气组成,但在25亿年前,大气中含有大量甲烷,几乎没有氧气。氧气出现后,甲烷随之消失,地球也进入了冰河时代。但这些大气变化是由生物过程推动的。假如能探测到某颗星球的大气存在被生物改动过的痕迹,就说明该星球上或许存在外星生命。

  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。

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