地球在宇宙中显眼吗?研究表明:至少1000颗恒星周围能看见它

subtitle 姿势分子knowledge 10-24 21:35 跟贴 21 条

人类是孤独的吗?

自从我们知道地球并非是宇宙的中心,而是围绕太阳公转的行星之一时,人们就在思考这个问题。尤其是从上世纪90年代开始,人类发现了第一颗系外行星,我们知道,太阳系以外也有至少可能允许生命存在的地方。

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时至今日,我们已经发现了超过4500颗系外行星,并且在找到每一颗行星的时候,都寄希望于发现生命的踪迹。结果并不乐观,我们什么也没有发现。

科学家仍然不放弃,在继续建造更加强大的望远镜的同时,也不断地向外证明着地球的存在。除了旅行者号探测器携带的人类录音之外,还有我们人类自己创造的电磁波,都有可能成为人类存在于地球上的证据。

那么问题来了:如果这些系外行星上真的存在外星人,他们能看到我们存在的踪迹吗?有多少颗行星上可能看得见地球呢?外星人需要怎样的技术,才能发现地球的存在呢?

暗淡蓝点

你可能以为这是非常困难的,因为地球实在太小了。1990年2月14日,NASA的旅行者1号探测器就曾经在64亿公里之外回望了地球一眼,结果在它拍摄的照片中,地球连1个像素都不到,只有在放大之后才能看见一个又小又暗的亮点,这就是著名的“暗淡蓝点”照片。

但是,从本质上来讲,在系外行星上观测地球和旅行者1号拍摄地球,完全是两种不同的方法。我们现在发现系外行星,更多的是靠系外行星和宿主恒星之间的相互作用来实现的。因此,在考虑刚才的问题时,我们假设的前提是外星人和我们拥有差不多的科技水平,利用我们的方法从系外行星上观测地球。既然是这样,那么发现地球可能相对要容易一些。

最近,科学家的一项研究显示:就目前的发现来看,至少有1004颗主序星的周围可能有类似于地球的岩石行星在公转。假设那里有智慧生命存在的话,仅仅通过我们人类现在掌握的技术来看,从那些行星上是可以观测到地球存在的。而且,如果他们拥有相应的技术,还可以通过检测地球上的生命化学的痕迹,来证明地球上已经孕育了人类这种智慧生物。

从宇宙看地球

这项研究,来自于凌日外行星勘测卫星(Transiting Exoplanet Survey Satellite,简称TESS)和盖亚卫星的数据。TESS是NASA在2018年发射的一台太空望远镜,凭借自己的强大观测能力,它已经为人类观测、发现了许多系外行星,并且还能在寻找太阳系边界、宇宙中的超级地球等方面发挥作用。而盖亚卫星则是欧洲航天局的太空探测设备,目标是对银河系数十亿颗恒星进行识别和基本属性的探测,从而绘制最精确、完整的银河系地图。

康奈尔大学的天文学家Lisa Kaltenegger在利用这两台设备的数据进行计算后,得到了上面的数据。她介绍说:“如果有人想在那些地方进行搜索,他们可以在我们这颗‘暗淡蓝点’中看到生物圈的迹象。而这些恒星之中比较亮的,我们甚至不用通过双筒望远镜或是天文望远镜就能够看见。”

那么,她是如何计算的呢?

恒星类型

首先,它对恒星进行了限制,那就是主序星。虽然我们还不完全清楚生命的起源过程、需要的全部条件和时间,但是通过对地球生物的了解,也可以略知一二。地球生物出现于大约40亿年前,如果宇宙中其他行星也需要同样的时间,那么这就要求宿主恒星能够在这么久的时间内保持稳定。

因此,红矮星或者太阳这样的黄矮星是更有优势的,而那些巨大的恒星寿命普遍很短,孕育生命的概率也更低一些。通过恒星有效温度质量半径光度以及它们之间的经验关系,它缩小了恒星的范围。

恒星距离

在这些恒星里,它选择了距离我们100秒差距(约合326光年)以内的。这是因为地球终究还是比较小的,因此观测起来难度比较大。根据他的理论,以我们的科技水平来说,大概只能在这个范围内检测到地球大小的系外行星。

恒星位置

观测到地球还不算,外星人想要知道地球上有没有生物,就要采用更多探测方法。目前我们已知的方法,就是光谱法,这就需要他们在地球凌日时进行探测。当太阳光经过地球大气层时,不同的化学元素会吸收不同波长的光,外星人可以通过最终的光谱来分析地球大气中有哪些化学成分,进而推测出地球的生命痕迹。

不过,这就对系外行星提出了一个要求,那就是必须非常靠近黄道面。所谓的黄道面,就是地球绕太阳公转的平面,只有系外行星的位置接近黄道,才可能看见地球挡在太阳前面。研究表明,只有在黄道面上下各0.264°的范围内,才能有效地看到地球凌日现象。这和360°的周角相比,实在是一个小得可怜的范围。而在其他位置的系外行星,至少按照我们的科技水平,是不太可能证明地球有生物的。

地球可能很显眼

通过这样的要求,她筛选出了1004颗恒星。这些恒星中,有77%属于M型恒星,也就是我们所说的红矮星。这些恒星是宇宙中最小的恒星,同时温度也是最低的,不过寿命却是最长的。其中,有508颗恒星的位置可以让它周围的系外行星在地球每个公转周期内至少有10个小时的窗口期。毕竟地球的公转周期有365天,如果观测窗口期太短,外星人想看见我们也不容易。

来自Lehigh大学的物理学家Joshua Pepper是本次研究的合作者,他介绍说:“系外行星中只有很小的一部分能够恰好和我们的视线对齐,让我们能够看到凌日的现象。但是,在我们论文中确定的一千多颗恒星全都可以看到地球的凌日现象,很容易引起他们的注意。”

值得一提的是,这1004颗恒星并不完全在已发现系外行星的恒星列表中。并且,它们周围并不一定有宜居的系外行星。从理论上来讲,这些恒星周围有类似于地球这么大而且位于宜居带的行星概率,大约是10%,也就是100颗左右

研究意义

两位研究人员相信,凭借着他们的工作,可以在很大程度上帮助突破摄影等项目缩小寻找地外生命的范围。如果有一种地外生命,他们也想找到我们,我们也想找到他们,那么他们很大概率上就存在于这些恒星周围。

20世纪60年代,美国天文学家弗雷克提出了著名的弗雷克方程,帮助我们计算宇宙中地外生命存在的概率,这里面所指的地外生命,也是和我们一样的智慧生物,而不仅仅是低等生物。

当然,不论是怎样的地外生命,都是我们希望发现的目标,但如果是和我们同样的智慧生命,那应该会更加有趣一些吧!

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