無論是為了尋找外星文明,還是搜索可能的星際殖民地,我們一直都在探測系外行星。但如果將視角倒轉過來,茫茫宇宙中,又有哪些地方能發(fā)現我們小小地球上的人類文明呢?
撰文|王昱
審校|吳非
根據太陽系外行星百科全書(The Extrasolar Planets Encyclopaedia)的統(tǒng)計,截至今天,人類已經發(fā)現了4776顆系外行星。在未來,人類還將發(fā)現更多系外行星。不過卻很少有人估計,無垠宇宙中,在哪些地方可以看到我們的小小地球,發(fā)現萌芽中的人類文明。
上周,麗莎·卡爾特內格(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)的數據,發(fā)現從5000年前到5000年后,在326光年(相當于100秒差距)的范圍內,有2034枚天體所在的位置能通過凌星法發(fā)現地球。
凌星法
如果存在地外文明,我們通常估計他們的技術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料之內的事。
上世紀90年代至今發(fā)現的系外行星數量統(tǒng)計(數據來源:The Extrasolar Planets Encyclopaedia)
如果系外行星繞轉恒星的平面?zhèn)葘ξ覀?,那么當系外行星轉到恒星面前時,就會擋住一部分星光,造成亮度下降,從而我們就能發(fā)現那顆系外行星。1999年,天文學家杰弗里·馬西(Geoffrey Marcy)首次用這種方法發(fā)現了系外行星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,人類目前確認的4776顆系外行星中,有3426顆是通過凌星法發(fā)現的。
用凌星法尋找系外行星存在一個顯著的優(yōu)勢:當行星遮擋恒星時,恒星發(fā)出的光會穿透行星大氣層,從而對恒星光譜產生一定改變,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,其他文明可能在超過20億年前的“大氧化事件”發(fā)生時,就能發(fā)現地球大氣中突然出現了大量不穩(wěn)定的氧氣,從而推斷出地球上有生命在進行光合作用。當然,這僅僅是能確定地球上存在生命而已。如果想發(fā)現地球上的人類文明,還是要在最近的1萬年間觀測到地球。
這種方法也存在一個巨大的限制,它要求系外行星的公轉平面?zhèn)葘ξ覀?/span>,否則系外行星就不會遮擋它的宿主恒星。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(地球繞太陽公轉的平面)附近。而這個區(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,才有機會能用凌星法發(fā)現地球。
在哪里能看到地球?
雖然在人一生的時間尺度內,星空似乎都是一成不變的,但如果將時間拉長,夜空中的天體都是在不斷運動的。論文公布的2034枚天體中,有1402枚正處在地球凌日區(qū)內,有313枚天體已經離開了地球凌日區(qū),而剩余的319枚將會在未來5000年內進入地球凌日區(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在處在地球凌日區(qū)的1402枚天體中,有128顆G型恒星?,F在,科學家已經開始對這1402枚天體附近可能存在的地外文明展開針對性搜索。
在這些天體中,有17顆已經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)將進入地球凌日區(qū),如果那里存在文明,那時他們就能用凌日法發(fā)現地球。
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半徑100光年的球面,在其中有75顆恒星能用凌星法發(fā)現地球。
外星人發(fā)現我們了嗎?
論文使用的是蓋亞天文衛(wèi)星的數據。它是歐洲航天局于2013發(fā)射的空間望遠鏡,在拉格朗日L2點不斷觀測星空。在這里望遠鏡能盡可能避免地球的影響,不斷檢測星空中的任意天體。僅僅是蓋亞天文衛(wèi)星最近一次釋放的數據,就包含了1 811 709 771個目標,每一個都可能是一個或多個天體。而在326光年的較近范圍內,就有331 312枚天體,其中92%是恒星。
相較而言,2034并不是一個很大的數字。畢竟地球凌日區(qū)在天空中的投影只不過窄窄的一圈。對于那些處在地球凌日區(qū)內,又處在100光年之內能收到人類電磁波的恒星系,論文作者根據統(tǒng)計經驗估計,那里大約分布著29個宜居巖質行星。
不過,天文學家口中的“宜居”并不一定真的適合人類生存。目前,天文學家們還沒有就宜居帶達成共識,按照有些宜居帶的計算方法,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,出現生命、產生文明的概率就更低了。所以,這29顆行星上沒有文明發(fā)現我們也是情理之中的事。作者也在論文最后寫道:“對于和地球文明技術水平相近的文明而言,地球還需要相當長的時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和太陽系內的引力彈弓效應抵達那里,大幅度減少對燃料的需求。更何況,在現有物理水平限制下,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這些殖民地。如果以這些星球為落腳點,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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