在過去的幾十年里，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了太陽系外行星的數(shù)量激增。截至2018年4月1日，共有3758顆系外行星在288個系統(tǒng)中被確認(rèn)，627個系統(tǒng)擁有多個行星。除了擴展人類對宇宙的認(rèn)識之外，這次搜尋的目的是尋找太陽系以外的生命的證據(jù)。在尋找適合居住的行星的過程中，天文學(xué)家們將地球作為一個指導(dǎo)性的例子。但是，如果看到一個真正的“類地”行星，我們會承認(rèn)嗎？

一顆類似地球的系外行星印象概念圖，圖片版權(quán)：ESO

這一問題是由兩位教授在最近的一篇論文中提出的，其中一位是外行星獵人，另一位是地球科學(xué)和天體生物學(xué)專家。他們在一起考慮的是什么進步(過去和未來)將是尋找地球2.0的關(guān)鍵。這篇題為“地球外的系外行星”的論文最近在網(wǎng)上出現(xiàn)。這項研究由美國宇航局博士后研究員、北亞利桑那大學(xué)的助理教授泰勒·d·羅賓遜和喬治亞理工學(xué)院地球和大氣研究學(xué)院的助理教授Christopher T. Reinhard共同完成。

由于技術(shù)和探測方法的進步，天文學(xué)家已經(jīng)在我們銀河系中發(fā)現(xiàn)了多個類地行星。圖片： NASA/JPL

天文學(xué)家專注于如何尋找太陽系以外的可居住和居住的行星。這是意料之中的事，因為地球是我們所知道的唯一能維持生命的行星。地球——目前是我們唯一能居住和宜居星球。因此當(dāng)有人問：一個適于居住的系外行星是什么樣的？或者一個生命系外行星是什么樣？我們最好的選擇是指著地球說，也許它看起來會像這樣。

”雖然許多研究假設(shè)了其他可居住的行星(例如，被水覆蓋的超級地球)，主要例子是一個功能齊全的可居住行星，它將永遠是地球。因此，作者們考慮了太陽系宇宙飛船的觀測結(jié)果如何導(dǎo)致了在其他星球上探測可居住性和生命特征的方法的發(fā)展。

其中包括先驅(qū)者10號和11號任務(wù)和旅行者1號和2號宇宙飛船，它們在20世紀(jì)70年代進行了許多太陽系天體的飛行。這些任務(wù)，利用光度計和光譜學(xué)對太陽系的行星和衛(wèi)星進行了研究，讓科學(xué)家們了解了這些天體的大氣化學(xué)和組成，以及氣象模式和化學(xué)。隨后的任務(wù)通過揭示太陽系行星和衛(wèi)星的表面細(xì)節(jié)和地質(zhì)演化的關(guān)鍵細(xì)節(jié)而增加了這一點。

1990年2月14日旅行者1號宇宙飛船捕獲了地球“淡藍色圓點”的經(jīng)典照片。圖片：NASA/JPL

此外，伽利略探測器在1990年和1992年12月對地球進行了飛越，這為行星科學(xué)家們提供了第一次機會，利用之前在整個太陽系中應(yīng)用的相同工具和技術(shù)來分析我們的行星。這也是旅行者1號探測器拍攝的一個遙遠的地球圖像，卡爾·薩根將其稱為“淡藍色圓點”照片。然而，也注意到地球的大氣層和表面環(huán)境在45億年前有了很大的發(fā)展。

事實上，根據(jù)各種各樣的大氣和地質(zhì)模型，地球在過去就像許多環(huán)境一樣，按照今天的標(biāo)準(zhǔn)來看，它們被認(rèn)為是相當(dāng)“異類”的。這包括地球上的許多冰河時代和最早的時代，那時地球的原始大氣層是火山噴發(fā)的產(chǎn)物。在尋找其他“淡藍點”的例子時，會出現(xiàn)一些復(fù)雜的情況：關(guān)鍵的復(fù)雜性在于，要小心不要掉進這樣的陷阱，即地球總是像今天這樣出現(xiàn)。因此，地球?qū)嶋H上提供了一大堆可供居住和/或居住的星球的選擇。

換句話說，人類對地球類似星球的搜尋可能會揭示出一大堆“類地”的世界，在某種意義上，它們類似于地球的前(或未來)地質(zhì)時期。其中包括“雪球地球”，它將被冰川覆蓋(但仍可能是生命)，甚至是地球在Hadean或太古代的時候是什么樣子的，那時還沒有發(fā)生氧氣的光合作用。

冰川時代的特征是全球平均氣溫下降，導(dǎo)致全球冰蓋擴張。圖片：NASA

這也會影響到生命的種類。例如，如果這個行星還很年輕，它的大氣層仍然處于原始狀態(tài)，那么生命可以嚴(yán)格地以微生物的形式存在。然而如果地球是數(shù)十億年的歷史，在間冰期，更復(fù)雜的生命形式可能已經(jīng)進化并在地球上游蕩?？茖W(xué)家繼續(xù)思考未來的發(fā)展將會對“淡藍點”的發(fā)現(xiàn)有什么幫助。這包括下一代望遠鏡，如詹姆斯韋伯太空望遠鏡(JWST)——計劃于2020年部署——以及目前正在開發(fā)的廣域紅外測量望遠鏡(WFIRST)。

其他的技術(shù)包括像Starshade這樣的概念，它旨在消除恒星的眩光，從而使系外行星可以直接成像。在類似太陽的恒星的宜居地帶，發(fā)現(xiàn)真正的淡藍色小點——水覆蓋的陸地世界——將需要我們在“直接成像”系外行星的能力上取得進步。在這里，你可以用望遠鏡里的任何一種光學(xué)儀器，或者用一種看似未來的“星影”，在望遠鏡外飛行，以抵消一顆明亮恒星的光，從而能看到一顆繞著恒星旋轉(zhuǎn)的微弱行星。

許多不同的研究小組，包括NASA中心的一些研究小組，正在努力完善這些技術(shù)。一旦天文學(xué)家能夠直接觀測到巖石系外行星，最終將能夠詳細(xì)研究其大氣環(huán)境，并對其潛在的可居住性進行更精確的限制。除此之外，也許有一天，我們將能夠通過極其靈敏的望遠鏡或宇宙飛船的任務(wù)(如Project Starshot)來描繪這些行星的表面。我們是否能找到另一個“淡藍色的點”還有待觀察。但是在未來的幾年里，人類也許最終會知道我們的世界到底有多普遍或罕見。

博科園-科學(xué)科普｜文：Matt Williams｜來自：Universe Today｜參考：arXiv