新浪科技訊 北京時間11月11日消息,據(jù)國外媒體報道,卡爾·薩根將地球稱為“暗淡藍點”,但使地球如此獨一無二的顏色其實不是藍色、而是綠色。
地球表面被綠色植被和藍藻細菌覆蓋,它們可以吸收大量紅光,同時反射大量來自太陽的可見光與紅外光。植物反射的光線與吸收的光線之間的這種反差形成了所謂的“紅邊”效應(yīng),成為了地球生命獨有的一項特征。我們可以在地球的天體光譜中觀察到紅邊的存在。由于植物會吸收大量紅光,但極少吸收紅外光,因此該波段的光譜曲線會呈現(xiàn)出一道“陡坡”。地球上方的衛(wèi)星會利用這一特征追蹤植被生長狀態(tài),天體生物學(xué)家或許也可以在其它行星上尋找這種特征,將其作為生命存在的跡象之一。
在《天文學(xué)與太空科學(xué)前沿》最近刊登的一項新研究中,科學(xué)家利用了多種光合作用的化學(xué)與物理模型,找到了在不同恒星周圍、最適宜植物吸收的最佳波長。
地球上的生命通過一種名叫“葉綠素a”的化學(xué)物質(zhì)與陽光進行互動。該物質(zhì)可以捕捉光線、用于光合作用。它們吸收的光線可以被植物用作生物過程中所需的能量。生物學(xué)家認為,植物之所以依賴葉綠素a,是因為它能使從陽光中吸收的能量最大化,同時使進行光合作用所需的能量最小化,從而使植物的能量產(chǎn)出率達到最高水平。
但如果太陽發(fā)出的光線顏色不同呢?葉綠素a還會是最適合這項任務(wù)的化學(xué)物質(zhì)嗎?大概率不會,因為依賴其它恒星生長的植物也需要根據(jù)對應(yīng)的光線進行調(diào)整,盡可能增大能量效率。這就意味著,如果我們要在其它恒星周圍的行星上尋找紅邊效應(yīng),很可能會一無所獲,因為這些行星上不一定是“紅”邊,可能是藍邊,可能是另一種色調(diào)的紅邊,甚至可能不在可見光范圍內(nèi)。
圖中可以看出不同恒星周圍植物吸收的哪種光線最多。其中F型恒星最明亮,M型恒星最黯淡。
這項新研究的研究人員由NASA艾姆斯研究中心、NASA戈達德太空飛行中心、以及華盛頓大學(xué)的科學(xué)家構(gòu)成。他們考慮了多種因素,比如恒星光線中各個波長上的光量、類似地球的大氣造成的影響、以及細胞進行光合作用的能量消耗。他們的目標是,弄清未來的望遠鏡是否應(yīng)當將“紅”邊視為系外生命存在的跡象、對其展開搜尋。
利用一系列化學(xué)與物理方程,他們建立了多個模型,確定不同類型恒星周圍植物進行光合作用的最佳波長。然后將這些模型的結(jié)果與地球植被相比較,重建了菠菜等植物的吸收光譜。通過將這些模型套用到菠菜等我們熟知的植物上,他們可以檢驗自己的計算正確與否。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在比太陽更明亮、更熾熱的恒星周圍(比如溫度比太陽高一半的F型恒星,植物傾向于吸收能量更高的光線,從而產(chǎn)生“藍邊”;而在溫度比太陽低的恒星周圍(比如K型和M型恒星),植物吸收的則主要是能量較低的光線,產(chǎn)生的邊顏色更紅、甚至接近紅外光。
有趣的是,除了溫度最低的一類恒星之外(溫度只有太陽的一半、甚至更低),這些模型產(chǎn)生的邊全部處于可見光范圍內(nèi)。雖然光譜范圍很大,但最適合植物產(chǎn)生能量的光線依然集中在小小的可見光波段。研究人員在模型中還發(fā)現(xiàn),無論在哪種恒星周圍,植物的生長都不會受能量多少的限制,反倒是土地、營養(yǎng)物質(zhì)等因素造成的影響更大些。
這些模型在此前研究的基礎(chǔ)上有所改進??茖W(xué)家此前認為,利用不同類型恒星的詳細光譜,恒星發(fā)出的光線可以建立為一個簡單的曲線模型。此外,他們之前一直在地球大氣的基礎(chǔ)上進行推斷,但系外行星的大氣成分可能與地球截然不同。由于大氣會吸收恒星發(fā)出的部分光線,大氣也會對行星表面植物吸收的光線造成影響。
雖然還有更多、更復(fù)雜的因素可以添加到這些模型中,比如不同的大氣成分、不同的葉片形狀等,但此次研究已經(jīng)為搜索外星植物奠定了很好的基礎(chǔ)。在未來幾十年間,利用HabEx和LUVOIR等下一代太空望遠鏡,這些信息說不定真的能幫助科學(xué)家找到外星植被。這兩臺太空望遠鏡應(yīng)當能為我們提供類地行星的大氣光譜信息,甚至還可能在系外行星上發(fā)現(xiàn)紅邊(或藍邊)效應(yīng)。
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