探寻外星人之谜 蓝色星球有外星生命的概率最大

伤我心太深

1990年2月的寻常一天，在距离太阳60亿千米的地方，奔向广袤宇宙深处的“旅行者1”号探测器调转相机，打开窄视镜片，拍摄了一组快照。

传感器的微小像素点记录下了电荷的异常增高。就在太阳的眩影、衍射光线和电子噪音之间，有一个与众不同的光点。它是茫茫宇宙中一个无足轻重、小之又小的光点，微微泛着淡蓝色的光。

这颗小小的尘埃，就是我们的地球，是宇宙40亿年复杂而混乱的历史进程中令人惊奇的意外成果。那天拍摄到的照片，就是地球的终极自拍。它为地球物种提供了独一无二的生存视角：人类是唯一能从几十亿千米外回望自己的物种。不久以后，卡尔·萨根为这张照片的命名也同样名垂青史——“暗淡的蓝点”。

在此后的很长一段时间里，“暗淡的蓝点”都是蓝色作为一种色彩与我们在宇宙中的家园以及生命本身的最新结合。在“旅行者”号出发前20年，在“阿波罗8”号绕月飞行过程中，宇航员拍摄到了著名的“地出”照片。那是一幅令人惊艳的作品，灰白的月球地平线上，悬浮着一个明亮的蓝白色半球。4年之后，“阿波罗17”号在执行任务时捕捉到了地球的全貌，该照片被命名为“蓝色弹珠”。

强大的温差形成了时速数千千米的大风，玻璃质硅酸盐热雨在旋涡中倾盆而下。

这些太空时代的肖像使得这一事实深入人心，即我们诞生在一颗蓝色星球上。科学家、《蓝色心灵》的作者华莱士·尼古拉斯认为，人类对水以及蓝色的海洋和湖泊有种原始的、近乎非理性的渴望。这一观点得到了近期一项全球调查的佐证。该调查显示，蓝色是人类最喜欢的颜色，英国就有33%的人视蓝色为自己最喜欢的颜色，喜欢红色的人位居其次，占15%，这让人惊奇不已。

蓝色也是许多相关机构旗帜与徽章的主打色。美国航空航天局（NASA）、欧洲空间局（ESA）、地外文明搜寻计划（SETI）以及行星协会的标志要么以蓝色作为背景，要么是抽象的地球，要么是蓝色的符号。空间探测国际统一体（The One Flag in Space）提议用蓝色背景上的“蓝色弹珠”作为标志旗。2015年5月，瑞典的一名设计专业学生奥斯卡·珀恩菲尔德为地球设计的“行星地球国际旗帜”引得各大媒体竞相报道，图案由环环相扣的七个圆环镶嵌在蓝色背景上而成。

蓝色已然成为生命星球的默认色彩，成了宇宙绿洲、生命摇篮和一颗细小脆弱的宝石的代表色。但还存在一个问题：最初成就我们对“暗淡的蓝点”的认识的科学与技术正在颠覆我们对蓝色意义的既往认识。

在距离地球63光年左右的地方，在一颗名为HD189733的星球周围，有一颗比木星稍大点的巨大行星。这颗被气体笼罩的星球的轨道周期只有两个地球日。它与其母恒星的距离非常近，因此行星大气层被加热到超过700℃，强大的温差形成了时速达数千千米的大风，玻璃质硅酸盐热雨在旋涡中倾盆而下。这里是真正的狂暴、野蛮之地。

通过将目前的天文仪器的性能发挥到极致，科学家得以首次粗略地测量到这颗星球反射的星光及其大体颜色。与恶劣的天气相反，这里一片安宁，湛蓝无比，就像地球上一个夏日的晴空。

天文学家猜测，这颗星球上空被一层由冷凝过但仍然灼热的矿物质组成的流速缓慢的云层覆盖，在这之上是一层清洁的大气。云层能反射大部分光线，而高层大气层中的氢分子会优先分化和散射蓝色波长。该高层大气层可能还包含钠原子，能够吸收红色波长的光。结果就是，这颗星球成了另一颗蓝色弹珠，但与地球截然不同。

我们甚至不用观察到HD189733b那么远就能找到其他蓝色星球。事实上，地球并不是太阳系中唯一的暗淡的蓝点。看看“旅行者”号拍摄的太阳系全家福，你会发现天王星和海王星也是蓝色的（事实上，海王星的颜色还要深一点）。在这两颗行星上，我们钟爱的蓝色并不是由海洋或者类地大气层产生的。

这两个笨拙的寒冰巨人之所以呈蓝色，是因为它们的大气层中含有微量甲烷。甲烷分子能够吸收多个波段的红光和红外光，唯独反射蓝光。至于两颗星球的蓝色色调为什么不同，仍然是个谜。海王星的大气层动荡剧烈，能将氨与水形成的冰的化合物从内层翻转到外层，很可能正是这一点导致了海王星的蓝色色调更深。同时，它的平流层可能含有更多的碳氢化合物。

因此，科学家认为，蓝色除了能代表一颗星球成熟到宜于居住以外，还有可能代表荒蛮的不毛之地。对生命来说，蓝色星球不过是一个糟糕的标志。

如果我们转而寻找生命本身的颜色，而不是沉迷于哪种颜色暗示更适宜生命存在，会怎么样？在现代地球时期，地球生命对光的获取主要依赖一种色素——叶绿素。这些色素分子优先吸收蓝光和红光，反射绿光。因此，在地球洋面附近，光合微生物会呈现大量绿色调，与纯净海水中散落的蓝光混合在一起。在干燥的陆地上，植物构成的绿地也与这个行星本身的颜色交织在一起。如果能用某种方式在地照中找到这些信号，我们就有可能嗅出生命的踪迹，并用同样的方式在遥远的星球上找寻生命。但是，测量地照并不是件容易的事，因为在地球以外的地方没有适合的光谱仪和望远镜。因此，天文学家必须另辟蹊径，比如通过月球暗面反射的地照光对地照进行测量。20世纪20年代至60年代，人们曾用这个方法测量过地球的反射率，但此后该测量方法逐渐被人遗忘。

现在，人们有了一种新的测量方法，即用光谱仪对月球暗面的不同地区进行测量，然后通过精确的几何计算得出到底是地球的哪部分亮区（白天）照亮了月球，同时还要考虑月球反射和散射等一些复杂影响。这项实验复杂异常，因为光子在通过地球大气层往返时会被进一步吸收和散射。这项实验是可行的，但一些结果显示，我们很难用地照找到因光合 作用而显示出的绿色调的生命区域。即便我们能精确地得出在某一给定时刻月面反射的地照光来自哪里，这种色素着色对分析整个地球光谱的意义也似乎不大。

暗淡的红色光谱可能使生物在历经自然选择后，更倾向于吸收光谱中的所有可见光。因此，它们很可能是黑色的——黑色战胜了其他所有颜色

此外，绿色可能未必是我们需要寻找的正确颜色。即使在地球上，参与光合作用的色素也有很多种。在叶绿素把光子转化为能量的过程中，有一种被称为辅助色素的东西充当着媒介。比如类胡萝卜素，它与叶绿素叠加在一起的时候，可以呈现红色、橙色或者黄色。根据环境的变化，同时拥有类胡萝卜素和叶绿素的微生物可以对这两种色素进行调和——在阳光强烈或高温环境下提高黄色和橘色色素的含量，而在寒冷或冬天时又切换为棕色和绿色。另一类辅助色素是藻胆素，可以呈蓝色或红色。

生命的颜色也可能随着地质时间的变化而改变。2006年，天文学家比尔·斯巴克和微生物遗传学家谢尔·达斯萨尔曼认为，一种名为“视网膜醛”的色素——维生素A的一种形式——曾广泛地分布在古代光合生物体内。视网膜醛的分子结构比叶绿素简单，现在的某些嗜盐古生菌仍然用它来进行光合作用，同时靠它抵御强烈的紫外线辐射。视网膜醛能吸收绿光，对波长在568

纳米左右的光的吸收能力最强，接近太阳光谱中能量最集中的区域。结果就是，这些用于光合作用的视网膜醛细胞膜能很好地反射红色和蓝色，从而产生饱满的紫色调。也就是说，20亿年前，那个只存在能在其缺氧大气内生存的微生物的地球，很可能是紫色的。那么，我们是不是该在天空中寻找“暗淡的紫点”呢？

也许黑色才是正确的颜色。银河系中的大多数恒星既小又暗，温度也低于太阳。我的同事，美国航空航天局高达德研究所的南溪·蒋也同意这一点，他认为，在这些世界中，暗淡的红色光谱可能使生物在历经自然选择后，更倾向于吸收光谱中的所有可见光。因此，它们很可能是黑色的——黑色战胜了其他所有颜色。如果真是这样，那麻烦可就大了，因为黑色太难找了。在光年这个尺度上，如果天文学家试图通过色彩来检测和破译这些行星上的生物体系，几乎是不可能完成的任务。

使得情况更为复杂的是，虽然我们已经知道该怎么做（至少我们知道自己需要什么：大型聚光望远镜以及滤除星光的光学技术），但至今还没有一种仪器灵敏到可以探测系外类地行星上的生命色彩。是的，生命是色彩缤纷的，但是简单地通过色彩来寻找生命却是一个棘手的问题。

事实上，色彩在宇宙中是一种狭隘的认识。除了性能强大的传感设备外，电磁频谱本身无法被干净利落地切成完整的片段。与不同波长的光线相对应的，是完全不同的物理过程。既有不同原子能级间的电子跃迁，也有物质电磁场导致的散射和衍射。这些不同的过程可能会产生或吸收能量相等的光子，在总体上形成几乎相同的特征——比如色彩。而单一的物理起因，也会偶尔产生表面相似其实全然不同的结果。

在这里，生命现象容易使人跌入陷阱。因为，对分析行星的颜色这件事来说，物理学和化学尤为重要，但生物学的地位就不是那么明显了。将蓝色天真地等同于宜居环境，本身就犯了严重的错误。

不过，这并不是说颜色在寻找宇宙生命中毫无用处。生物圈可以给行星的色彩带来新的结构，以各种方式改变行星光谱，但我们仍然可以对此加以指出和鉴别。

一个经典的例子是著名的植物红边（译者注：从大约0.7微米的波长开始，地球植物的反射率会急剧增高，这种现象被称为植物红边），地球植物细胞能明显增强光子的传播和反射。从0.7微米的波长开始，植物的红外线反射率能达到50%左右；与波长较短的红色可见光相比，反射强度增加了10倍以上。

造成这种现象的原因仍然不是很明了。植物细胞的光学特性似乎应对此负大部分责任。细胞壁是水和空气间的屏障，它有镜子般的反射临界角，红外波长的光子在这些屏障上能被高效反射。至于植物生命体能从中获得什么，人们还不是很清楚，也许植物能从中获利，至少反射掉近红外辐射可能有助于对温度的控制。

无论其原因是什么，红边现象对我们非常重要，遥感卫星可以利用这个原理对地球上的雨林、草地和农作物进行测绘。但是，地球被阳光照亮的部分有很大的随机性，被照到的地方有可能是海洋，也可能是陆地。平均来说，70%的概率是海洋，而且在这70%的概率中，还有70%的概率是被云层覆盖的。所以总体来说，红边光学特征在整个行星光谱中的比例不到10%。运气好的话，这种信号的强度可能会大一点。

生命的色彩在时间上也有明显的阶段性。随着季节的变化，生命会荣枯更迭，生命的颜色也会发生变化。例如，2008年，阿拉斯加的卡萨托奇火山喷发，富含铁元素的火山灰造成绿色浮游生物大面积爆发。从太空中看，它们在几天内就覆盖了200万平方千米的海洋。我们也能从系外行星色彩的变化中获得生命发出的信号，但我们无法理解这些信号究竟意味着什么。

色彩仍然是天体生物学家的重要研究对象，但并不是简单地在太空寻找“暗淡的蓝点”。在这个意义上，我们应该将“旅行者”号拍摄的照片视为一个新的希望。这不过是我们与宇宙对话的开场白，从此，我们得以看到自己貌似简单的色彩飘浮在一片未知的新世界之中。