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天文学家:2034颗恒星系统上的外星生命能够观测到地球

天文学家:2034颗恒星系统上的外星生命能够观测到地球

天文学家:2034颗恒星系统上的外星生命能够观测到地球

(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:NADIA DRAKE 编译:邱彦纶):如果银河系里有其他外星生物存在,那他们必须要在这些恒星系统中,才能观测到地球凌日的现象。

天文学家藉由系外行星(exoplanet)行经母恒星表面时短暂遮掩部分星光的方法,发现了好几千个「外星世界」,这其实是天体之间位置几何排列的简单后果。在过去十年间,藉由观测这样的凌日现象,我们了解到在银河系中的行星数量要多于恒星──而且其中有许多适合生命繁衍的星球存在。

现在,天文学家正反过来思考星光闪烁的问题。

「当地球挡住来自恒星的光线时,是否也被当成了凌日行星?哪些恒星会把我们当作是外星生命呢?」康奈尔大学的丽莎 .卡坦奈格(Lisa Kaltenegger)提出这样的疑问,并且在6月24日出刊的《自然》(Nature)期刊上给出了答案。

大多数的系外行星是在它们行经恒星表面前方时被发现的。虽然凌日法的成效惊人,但还是有无数行星被错过。从地球的角度来看,这些行星并没有经过它们的母恒星盘面前方。同样地,外星观测者也需要从正确的位置观察,才会看到地球定期遮挡住一部分的阳光──但这还是会随恒星相对位置改变而有不同。

「宇宙是动态的,所以这个有利位置应该会随时间而改变──我想知道,要花多长的时间才能找到一颗行星?」卡坦奈格问道。

卡坦奈格与纽约的美国自然史博物馆(American Museum of Natural History)资深科学家洁琪.费尔帝(Jackie Faherty)合作,计算出围绕着附近2034颗恒星运行的外星生命,能够在5000年前到5000年后的这1万年时间里,观测到地球从太阳表面前方掠过的机会。

他们还估算出有29颗可能的适居行星能够看到地球凌日,而且距离我们够近,得以探测到人类的无线电波传输。这样的研究为我们的「搜寻外星智慧生物」(Search for Extraterrestrial Intelligence, SETI)计画提供了一群目标恒星。

「这些新确认的恒星应该是寻找地外文明计画的主要目标,因为那里有可能是刻意向我们发出星际讯息的来源。」马克斯.普朗克太阳系研究所(Max Planck Institute for Solar System Research)的勒内.海勒​(René Heller)在一封电子邮件中说。如果外星观测者知道我们在这里,他们可能会「向我们打招呼」。

一群不断转动的恒星

为了确认能够观测到地球凌日的恒星系统,卡坦奈格和费尔帝仔细检查了欧洲航太总署(European Space Agency, ESA)盖亚(Gaia)探测器的数据,这艘太空船仔细监测着超过10亿颗恒星的运动情形。

所有能看到地球凌日的星球,都与地球绕太阳公转的轨道面精确对齐──这个薄薄的平面称为「黄道面」(ecliptic plane),在这项研究中也称为「地球凌日带」(Earth transit zone)。只要偏离黄道面上方或下方一些,就无法看到地球的公转轨迹。他们确认了在距离地球约300光年的范围内,有1402颗目前位于黄道面上的恒星。然后他们对星体的运动情形按下快转和倒退键,研究恒星如何随着时间移动,找到那些偶然移动到可观测地球位置的恒星。

虽然天空中的恒星看起来并没有大幅度的移动,但其实它们之间的相对位置一直在不断变化。

「由于恒星之间的距离非常遥远,所以研究能看到地球凌日的可能性时,把时间因素纳入考虑相当重要。」做过类似计算的海勒在一封电子邮件中写道:「我们要把天空看作是一部电影,而非一幅图画。」

研究团队发现,在过去的5000年里,有另外313颗恒星可以观测到地球凌日的情形。在接下来的5000年里,又有另外319颗恒星可以观测到同样的景象。

「弄清宇宙的『地球景观第一排』座位能持续多久是件很有趣的事。」 卡坦奈格说。许多恒星至少要1000年的时间才能找到地球,「其中很多要超过1万年,」她说:「所以这是个相当漫长的过程。」

这些恒星中有七颗恒星拥有已知的系外行星,有些甚至可能是岩质星球。根据我们对岩质行星的了解,卡坦奈格和费尔帝估计其中至少有508个适居的行星,其中29颗与地球的距离够近,可以探测到地球的无线电传输。

过去的一个多世纪以来,我们一直将无线电讯号散漏到太空之中。有些讯号太过微弱,在经过宇宙这么大尺度的距离后就不易辨别,像是电视广播。但其他像是由大型雷达仪器发射的集中无线电波,就很容易被侦测到。

目前我们最强大的无线电波传输是行星雷达──天文学家利用天体反射无线电波的特性来研究像是小行星这类的太阳系天体。阿雷西博天文台(Arecibo Observatory)在去年12月坍塌之前,一直是地球上最具威力的行星雷达,发射器发出的信号主要瞄准黄道上的天体,同时也有效地向在视野范围内的系外行星送出讯息。

「如果你位在地球凌日带中,就会在我们研究太阳系的同时,侦测到大量的无线电波辐射爆发,因为这些天体都在同一个平面上。」加州大学柏克莱分校搜寻外星智慧生物研究所(SETI Research Center)的苏菲亚.谢赫(Sofia Sheikh)也在这群类似恒星的周围寻找地外文明,「因此,能够看到地球凌日的恒星很可能在偶然的情况下,接收到雷达天文学外流的讯号。」

位于地球凌日带的外星观测者甚至可以藉由合适的仪器,看到人类缓慢改变地球大气层的组成──从大约200年前的工业革命(Industrial Revolution)开始有剧烈的改变,一直持续到今天。谢赫表示,这是科技特征(technosignature)的一个例子,或者说是标示某些人为因素正影响了包覆星球气体的自然成分。

划过夜空的星球

然而,正如卡坦奈格和费尔帝所指出的,有些我们认为可能适合生命生存的系外行星还无法看到地球凌日──虽然我们可以探测到它们。这有点像是藉由一面宇宙双向镜来观察。

这些行星包括了围绕着TRAPPIST-1恒星运行的七颗与地球大小相近行星中的四颗,在接下来的1642年里它们都无法看到地球凌日。另外两颗围绕着12光年外蒂加登星(Teegarden's Star)运转的与地球质量相似行星,要等到2050年才能够看到地球。距离地球约11光年远的罗斯128(Ross128)拥有一颗与地球质量相当的行星,可以观测地球凌日的时间长达2158年之久──直到900年前的中世纪中期(High Middle Ages ),地球才离开它们的可观测范围。

「在靠近黄道面恒星周围的假设观测者,有可能虽然现在看不到地球凌日,却在数千年前就发现了地球这颗拥有生命的行星,或是要到数千年后,才能观察到我们。」海勒写道。

在罗斯128的行星上,会不会有谁在近1000年前就发现了有生物居住的地球呢?他们是否错过了在这颗黯淡蓝点上发现生物演化迹象的机会?而当TRAPPIST-1的行星终于有机会发现地球时,地球上的生命又会是什么样子?地球的化学组成会发生怎样的变化?

「我们得要用超前思维来思考问题,不能只看此时此地的状况。」谢赫说:「如果我们寻找的是处于相同演化阶段的事物,就会限制我们的搜索。我认为无论是在生物或是科技层面上,都得要考虑遥远的未来和久远的过去才行。」




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