無論是為了尋找外星文明,還是搜索可能的星際殖民地,我們一直都在探測(cè)系外行星。但如果將視角倒轉(zhuǎn)過來,茫茫宇宙中,又有哪些地方能發(fā)現(xiàn)我們小小地球上的人類文明呢?
撰文|王昱
審校|吳非
根據(jù)太陽系外行星百科全書(The Extrasolar Planets Encyclopaedia)的統(tǒng)計(jì),截至今天,人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了4776顆系外行星。在未來,人類還將發(fā)現(xiàn)更多系外行星。不過卻很少有人估計(jì),無垠宇宙中,在哪些地方可以看到我們的小小地球,發(fā)現(xiàn)萌芽中的人類文明。
上周,麗莎·卡爾特內(nèi)格(Lisa Kaltenegger)和杰奎琳·法赫蒂(?Jacqueline K Faherty)在《自然》雜志上發(fā)表論文,她們利用蓋亞天文衛(wèi)星(Gaia Astrometry Satellite)的數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)從5000年前到5000年后,在326光年(相當(dāng)于100秒差距)的范圍內(nèi),有2034枚天體所在的位置能通過凌星法發(fā)現(xiàn)地球。
凌星法
如果存在地外文明,我們通常估計(jì)他們的技術(shù)水平至少和我們平齊。那么,他們用凌星法來尋找地球也是預(yù)料之內(nèi)的事。
上世紀(jì)90年代至今發(fā)現(xiàn)的系外行星數(shù)量統(tǒng)計(jì)(數(shù)據(jù)來源:The Extrasolar Planets Encyclopaedia)
如果系外行星繞轉(zhuǎn)恒星的平面?zhèn)葘?duì)我們,那么當(dāng)系外行星轉(zhuǎn)到恒星面前時(shí),就會(huì)擋住一部分星光,造成亮度下降,從而我們就能發(fā)現(xiàn)那顆系外行星。1999年,天文學(xué)家杰弗里·馬西(Geoffrey Marcy)首次用這種方法發(fā)現(xiàn)了系外行星HD 209458 b。隨后的20多年中,凌星法成為了人類尋找系外行星的主要手段,人類目前確認(rèn)的4776顆系外行星中,有3426顆是通過凌星法發(fā)現(xiàn)的。
用凌星法尋找系外行星存在一個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì):當(dāng)行星遮擋恒星時(shí),恒星發(fā)出的光會(huì)穿透行星大氣層,從而對(duì)恒星光譜產(chǎn)生一定改變,我們由此能分析行星大氣所含的元素種類。如果考慮到這一點(diǎn),其他文明可能在超過20億年前的“大氧化事件”發(fā)生時(shí),就能發(fā)現(xiàn)地球大氣中突然出現(xiàn)了大量不穩(wěn)定的氧氣,從而推斷出地球上有生命在進(jìn)行光合作用。當(dāng)然,這僅僅是能確定地球上存在生命而已。如果想發(fā)現(xiàn)地球上的人類文明,還是要在最近的1萬年間觀測(cè)到地球。
這種方法也存在一個(gè)巨大的限制,它要求系外行星的公轉(zhuǎn)平面?zhèn)葘?duì)我們,否則系外行星就不會(huì)遮擋它的宿主恒星。反過來,如果想讓其他星能看到地球,那么這些星就必須處在黃道平面(地球繞太陽公轉(zhuǎn)的平面)附近。而這個(gè)區(qū)域在星空中的投影,就被稱為地球凌日區(qū)(Earth transit zone,ETZ),大約只有0.5°寬。只有在地球凌日區(qū)內(nèi),才有機(jī)會(huì)能用凌星法發(fā)現(xiàn)地球。
在哪里能看到地球?
雖然在人一生的時(shí)間尺度內(nèi),星空似乎都是一成不變的,但如果將時(shí)間拉長,夜空中的天體都是在不斷運(yùn)動(dòng)的。論文公布的2034枚天體中,有1402枚正處在地球凌日區(qū)內(nèi),有313枚天體已經(jīng)離開了地球凌日區(qū),而剩余的319枚將會(huì)在未來5000年內(nèi)進(jìn)入地球凌日區(qū)。
這些天體的種類非常豐富,其中有109顆白矮星、8顆褐矮星和有1917顆恒星,其中有194顆是類似于太陽的G型恒星?,F(xiàn)在處在地球凌日區(qū)的1402枚天體中,有128顆G型恒星?,F(xiàn)在,科學(xué)家已經(jīng)開始對(duì)這1402枚天體附近可能存在的地外文明展開針對(duì)性搜索。
在這些天體中,有17顆已經(jīng)被探明的系外行星分布在7顆恒星周圍。其中最引人注目的是Trappist-1,它距離地球40.66光年,擁有7顆地球大小的行星,其中四顆都處在宜居帶中。1642年后,Trappist-1系統(tǒng)將進(jìn)入地球凌日區(qū),如果那里存在文明,那時(shí)他們就能用凌日法發(fā)現(xiàn)地球。
不過,如果考慮到人類在100年前就開始向宇宙中發(fā)射電磁波,那么Trappist-1所處的位置早已被人類發(fā)射的電磁波淹沒了。人類向宇宙中發(fā)射的電磁波在宇宙中形成了一個(gè)半徑100光年的球面,在其中有75顆恒星能用凌星法發(fā)現(xiàn)地球。
外星人發(fā)現(xiàn)我們了嗎?
論文使用的是蓋亞天文衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。它是歐洲航天局于2013發(fā)射的空間望遠(yuǎn)鏡,在拉格朗日L2點(diǎn)不斷觀測(cè)星空。在這里望遠(yuǎn)鏡能盡可能避免地球的影響,不斷檢測(cè)星空中的任意天體。僅僅是蓋亞天文衛(wèi)星最近一次釋放的數(shù)據(jù),就包含了1 811 709 771個(gè)目標(biāo),每一個(gè)都可能是一個(gè)或多個(gè)天體。而在326光年的較近范圍內(nèi),就有331 312枚天體,其中92%是恒星。
相較而言,2034并不是一個(gè)很大的數(shù)字。畢竟地球凌日區(qū)在天空中的投影只不過窄窄的一圈。對(duì)于那些處在地球凌日區(qū)內(nèi),又處在100光年之內(nèi)能收到人類電磁波的恒星系,論文作者根據(jù)統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)估計(jì),那里大約分布著29個(gè)宜居巖質(zhì)行星。
不過,天文學(xué)家口中的“宜居”并不一定真的適合人類生存。目前,天文學(xué)家們還沒有就宜居帶達(dá)成共識(shí),按照有些宜居帶的計(jì)算方法,熾熱如金星、荒涼如火星,都可能被算作宜居行星。更何況,就算行星的溫度真的宜居,行星上是否含有水也是未知數(shù),出現(xiàn)生命、產(chǎn)生文明的概率就更低了。所以,這29顆行星上沒有文明發(fā)現(xiàn)我們也是情理之中的事。作者也在論文最后寫道:“對(duì)于和地球文明技術(shù)水平相近的文明而言,地球還需要相當(dāng)長的時(shí)間才能引起他們的興趣。”
不過,如果不將這些行星看作尋找外星人的去處,而是看作未來的星際殖民地,這些行星則是極佳的去處。它們處在黃道平面附近,這意味著人類可以利用地球公轉(zhuǎn)和太陽系內(nèi)的引力彈弓效應(yīng)抵達(dá)那里,大幅度減少對(duì)燃料的需求。更何況,在現(xiàn)有物理水平限制下,人類在開啟向星辰大海的征途后,往往需要幾代人才能到達(dá)這些殖民地。如果以這些星球?yàn)槁淠_點(diǎn),則那些星際拓荒者的后代們,就能在無盡的茫茫星海中,再瞥一眼這個(gè)孕育了他們祖先的星球。
主要參考論文:
http://www.nature.com/articles/s41586-021-03596-y
參考鏈接:
https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ast.2015.1358
http://exoplanet.eu/catalog/
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2021/05/aa39657-20/aa39657-20.html
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