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    寻找地球2.0时,如何知道已经找到了?人类会承认吗?

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      普朗克

      在过去的几十年里,已经发现了太阳系外行星的数量激增。截至2018年4月1日,共有3758颗系外行星在288个系统中被确认,627个系统拥有多个行星。除了扩展人类对宇宙的认识之外,这次搜寻的目的是寻找太阳系以外的生命的证据。在寻找适合居住的行星的过程中,天文学家们将地球作为一个指导性的例子。但是,如果看到一个真正的“类地”行星,我们会承认吗?

      寻找地球2.0时,如何知道已经找到了?人类会承认吗?

      一颗类似地球的系外行星印象概念图,图片版权:ESO

      这一问题是由两位教授在最近的一篇论文中提出的,其中一位是外行星猎人,另一位是地球科学和天体生物学专家。他们在一起考虑的是什么进步(过去和未来)将是寻找地球2.0的关键。这篇题为“地球外的系外行星”的论文最近在网上出现。这项研究由美国宇航局博士后研究员、北亚利桑那大学的助理教授泰勒·d·罗宾逊和乔治亚理工学院地球和大气研究学院的助理教授Christopher T. Reinhard共同完成。

      寻找地球2.0时,如何知道已经找到了?人类会承认吗?

      由于技术和探测方法的进步,天文学家已经在我们银河系中发现了多个类地行星。图片: NASA/JPL

      天文学家专注于如何寻找太阳系以外的可居住和居住的行星。这是意料之中的事,因为地球是我们所知道的唯一能维持生命的行星。地球——目前是我们唯一能居住和宜居星球。因此当有人问:一个适于居住的系外行星是什么样的?或者一个生命系外行星是什么样?我们最好的选择是指着地球说,也许它看起来会像这样。”虽然许多研究假设了其他可居住的行星(例如,被水覆盖的超级地球),主要例子是一个功能齐全的可居住行星,它将永远是地球。

      因此,作者们考虑了太阳系宇宙飞船的观测结果如何导致了在其他星球上探测可居住性和生命特征的方法的发展。其中包括先驱者10号和11号任务和旅行者1号和2号宇宙飞船,它们在20世纪70年代进行了许多太阳系天体的飞行。这些任务,利用光度计和光谱学对太阳系的行星和卫星进行了研究,让科学家们了解了这些天体的大气化学和组成,以及气象模式和化学。随后的任务通过揭示太阳系行星和卫星的表面细节和地质演化的关键细节而增加了这一点。

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      1990年2月14日旅行者1号宇宙飞船捕获了地球“淡蓝色圆点”的经典照片。图片:NASA/JPL

      此外,伽利略探测器在1990年和1992年12月对地球进行了飞越,这为行星科学家们提供了第一次机会,利用之前在整个太阳系中应用的相同工具和技术来分析我们的行星。这也是旅行者1号探测器拍摄的一个遥远的地球图像,卡尔·萨根将其称为“淡蓝色圆点”照片。然而,也注意到地球的大气层和表面环境在45亿年前有了很大的发展。

      事实上,根据各种各样的大气和地质模型,地球在过去就像许多环境一样,按照今天的标准来看,它们被认为是相当“异类”的。这包括地球上的许多冰河时代和最早的时代,那时地球的原始大气层是火山喷发的产物。在寻找其他“淡蓝点”的例子时,会出现一些复杂的情况:关键的复杂性在于,要小心不要掉进这样的陷阱,即地球总是像今天这样出现。因此,地球实际上提供了一大堆可供居住和/或居住的星球的选择。

      换句话说,人类对地球类似星球的搜寻可能会揭示出一大堆“类地”的世界,在某种意义上,它们类似于地球的前(或未来)地质时期。其中包括“雪球地球”,它将被冰川覆盖(但仍可能是生命),甚至是地球在Hadean或太古代的时候是什么样子的,那时还没有发生氧气的光合作用。

      寻找地球2.0时,如何知道已经找到了?人类会承认吗?

      冰川时代的特征是全球平均气温下降,导致全球冰盖扩张。图片:NASA

      这也会影响到生命的种类。例如,如果这个行星还很年轻,它的大气层仍然处于原始状态,那么生命可以严格地以微生物的形式存在。然而如果地球是数十亿年的历史,在间冰期,更复杂的生命形式可能已经进化并在地球上游荡。科学家继续思考未来的发展将会对“淡蓝点”的发现有什么帮助。这包括下一代望远镜,如詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)——计划于2020年部署——以及目前正在开发的广域红外测量望远镜(WFIRST)。

      其他的技术包括像Starshade这样的概念,它旨在消除恒星的眩光,从而使系外行星可以直接成像。在类似太阳的恒星的宜居地带,发现真正的淡蓝色小点——水覆盖的陆地世界——将需要我们在“直接成像”系外行星的能力上取得进步。在这里,你可以用望远镜里的任何一种光学仪器,或者用一种看似未来的“星影”,在望远镜外飞行,以抵消一颗明亮恒星的光,从而能看到一颗绕着恒星旋转的微弱行星。

      许多不同的研究小组,包括NASA中心的一些研究小组,正在努力完善这些技术。一旦天文学家能够直接观测到岩石系外行星,最终将能够详细研究其大气环境,并对其潜在的可居住性进行更精确的限制。除此之外,也许有一天,我们将能够通过极其灵敏的望远镜或宇宙飞船的任务(如Project Starshot)来描绘这些行星的表面。我们是否能找到另一个“淡蓝色的点”还有待观察。但是在未来的几年里,人类也许最终会知道我们的世界到底有多普遍或罕见。

      博科园-科学科普|文:Matt Williams|来自:Universe Today|参考:arXiv

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