宇宙“伽利略”时代：寻找另一“隐藏”地球

伤我心太深

腾讯科技讯（Everett/编译）据国外媒体报道，在四百年前，意大利著名的科学家伽利略使用他设计建造的望远镜对准月亮时发现，月球表面在太阳光的反衬下，存在着明显的亮区和暗区，这些区域呈斑点状分布于月球表面。对此，伽利略在1610年的一篇论文中做出一种推论：如果从遥远的地方观测地球，那么地球很明显会淹没在太阳的光芒之中，但是地球上存在着陆地和海洋，这就使得陆地部分会反射阳光，就显得明亮一些，海洋部分就较为昏暗。伽利略认为可以由对月球的观测来类比从某个遥远的宇宙空间观测地球。

科学家通过研究地球在宇宙中“透露”出的（生命）信息来发现潜在系外行星

一颗具备“可居住”潜力的行星必须具备几项关键因素

然而，在同一时代的另一位著名科学家开普勒也注意到，月球上明亮和昏暗的斑点可能与地球上陆地和海洋类似，还可能存在着生命。但是，21世纪的人类宇航科技发现告诉我们，月球上并没有海洋，至于是否存在生命迹象以及是以何种存在方式，还是个未知数，可以肯定的是，伽利略看到的应该是近乎完美的圆形陨石坑。著名天文学家威廉赫歇尔（William Herschel）发现了红外辐射和天王星，他也注意到并推测月球上可能存在着道路、城镇或者金字塔等建筑。

虽然处于那个时代的科学家受到观测器材和精度的限制，但是这不影响他们对宇宙生命的憧憬。比如，早期的天文学家观测火星时，发现其表面存在暗斑波动，推测这可能是季节生长的植被。而金星的“密不透风”的云层，被认为是潮湿炎热且茂密的丛林，或者一个充满生命的全球性海洋。今天，我们已经知道火星的暗斑只是沙尘暴，金星那厚厚的云层下，是一个充满硫磺烟雾的“超级大温室”。除此之外，随着观测技术的进步，太阳系中一个个可能存在生命的地方都被排除，似乎地球像是宇宙的生命中心。

天文学家希望在太阳系之外能寻找生命的世界，美国宇航局于2009年发射了开普勒系外行星探测器，仅仅一年多的时间里，就发现了超过1700个系外行星候选目标，而在过去的二十年内，我们大约探测到了600个处于其他恒星系统的外星世界。这些系外行星还必须拥有和地球类似的空间轨道环境，这样才能保证液态水的存在，液态水对生命而言是一个关键性的溶剂。总之，到目前为止还没有与地球轨道环境以及地质特征极为相似的行星被探测到，也许这个时间不会太长。

四百年前，伽利略第一次向我们展示了从遥远的宇宙空间看地球是一种什么样的情景，四百年后，美国宇航局一艘被命名为伽利略号的探测器，在前往木星探测的途中，记录从宇宙空间探测地球的各种物理特征，包括使用摄像机、分光计来遥测地球信息。而伽利略号探测器看到的，就是一个真正意义上存在生命的星球。

著名的天文学家卡尔萨根和他的同事在一份研究报告中认为：伽利略号木星探测器的可见光摄像头可以观测到地球上暗区和亮区之间的对比度，地球的吸收光谱中明显可以看到水蒸气和二氧化碳，这表明如果有某种智慧生物从某处宇宙空间观测我们的地球，他们就会发现这颗行星表面上存在丰富的水蒸气痕迹，很有可能以液态形式存在着。而二氧化碳的含量则表面这颗行星是一个岩质的行星，因为在气态行星中，二氧化碳随时会和氢结合起来，形成简单的碳氢化合物，比如甲烷。把这些信息拼凑在一起，他们可以推断出这颗星球有着海洋和陆地的特征。

同时，外星智慧生物还会发现一个更令他们兴奋的信息，其表征就是在光谱中出现能有效吸收可见光波长的吸收峰，这就是光合作用。地表上的植被可以高效和有选择地吸收来自太阳的光照，同时还能将这一对生命而言至关重要的信息“透露”到宇宙空间中去。但是，这还不是最吸引外星智慧生物的地方，他们还会发现在地球大气层光谱中存在显著特征的丰富氧气浓度，氧气具有很高的活性，可以将甲烷氧化成二氧化碳和水，如果只有一点点的甲烷存在于富含氧气的环境中，就存在不可思议的热力学过程，而在地球上，这个东西就是生命。

氧气是有光合作用的生物新陈代谢所产生，而微乎其微的甲烷则是产生于地球地壳缓慢的地质运动过程中，还有各种微生物以及沼泽地区排放，稻田和反刍动物所产生。总而言之，美国宇航局的伽利略号木星探测器从宇宙空间中对地球生命在宇宙中的表现形式做了合理且有说服力的鉴定，但是，这些带有生命特征的信号在几十甚至几百光年外又是一种什么样的情况呢，就如同我们探索遥远的恒星系统，而外星智慧生物可能也在遥远的地方观测着我们。实际上，美国国家航空航天局的哈勃以及斯皮策空间望远镜已经获得了少数系外行星的大气光谱数据，其测量的方法主要是当这些气态行星在凌日时，以测量他们的大气光谱特征。

而开普勒系外行星探测器的观测能力主要体现在类似于地球的行星，通常情况下可以测量它们的大小以及轨道特征，除此之外不能探测别的参数。位于美国华盛顿州西雅图的华盛顿大学行星学家维多利亚梅多斯（Victoria Meadows）认为：这种情况不可能很快得到改变，开普勒系外行星探测器看起来似乎在寻找外星世界，但是它所采用的方法也遵循着系外行星常规探测标准，如果要进一步了解另外一个世界到底是什么情况，就需要采用一种替代方法。

维多利亚梅多斯领导了一个虚拟行星实验室，目的就是利用计算机来量化天体物理学，并模拟行星的大气和地址影响因素，以及是否能适合生命生存，更重要的是，观察在这些影响因素作用下，如何随着时间的变化演化出一个可居住的行星。然后我们将倒推这些行星的演化阶段，从而在实际的观测中发现具有类似特征的系外行星。

目前，我们对具有可居住性质的行星研究处于最简单的模型阶段，行星模拟的最终要求便是可以根据不同的恒星直射，了解一切对行星生命有利的可能空间位置，整个过程需要复杂的三维模拟。在今年6月发表的一份报告中提到，行星学家维多利亚梅多斯和她的同事比较了由模拟推演与实际空间观测的结果，我们地球的亮度以及光谱波动幅度在百分之三至五之间。我们进行这项实验，就是想知道如果外星智慧生物在观测地球，他们在遥远的宇宙空间外探索地球会是一种什么样的情况。

该行星模拟结果显示：可以通过测量遥远行星反射的紫外线和可见光在某些特定波段上的比例，这项特征可以传播至很远的宇宙空间。从这些信息中，我们可以推测中氧气和氮分子的大气中的组份，特别是一颗具有液态海洋的行星。这将是一个非常诱人的暗示，至少可以从中发现与地球类似大气结构的行星。

如果运气好的话，我们还可以在特殊角度看到这颗行星海洋上反射光线。维多利亚梅多斯认为这个观测角度存在于该行星表面与恒星夹角的视向，视野结构类似于新月形。另外，由于海洋的存在，光线还会出现类似镜面效应的现象，这些都会增强对该行星具有液态海洋特征的认定。

在宇宙中寻找另一个地球，最好的办法就是弄清楚我们在宇宙空间中会产生哪些信息，这些信息中反映了关于生命何种特征。另外，虚拟行星研究计划中，不仅要探测这些行星光谱中所携带的各种主要信息，我们还要探测大气光谱中某些微量物质，这些大气成分中的副产品同样也能反推出该系外行星上的某些重要大气性质，如果该行星上存在生命，这些微量物质就能反映这些生物的部分特性。在目前的系外行星探索中，我们希望能通过光谱分析发现的信息包括：可见光和近红外波长下的水蒸气和氧气，甲烷；在远红外波长下得二氧化碳以及氧气、臭氧。

这些信息的发现，就是生命存在在显著特征。而这些信息，对现有的大多数空间望远镜而言，还是较为困难的。位于加利福尼亚州帕萨迪纳的美国宇航局太阳系外行星科学研究所科学家查尔斯比奇曼（Charles Beichman）认为：通过虚拟的系外行星探索计划建模，会告诉我们寻找氧气在行星演化过程中体现是多么重要的作用，或者在哪些地方能探测到关于水的光谱信息，以及在系外行星发现过程中，真正值得注意的地方有哪些。