1968年,當阿波羅8号飛船繞着月球飛行時,宇航員拍攝到了第一張地球從月球地平線上升起的彩色照片。在灰色的月球地表上,一顆藍白色的半球浮現在夜空中,這就是從月球上看到的地球景象。四年之後,阿波羅17号宇航員們第一次拍攝到了地球的全景圖片。在太空中,地球酷似一塊“藍色大理石”,從此以後,人們用“藍色大理石”指代衛星拍攝的高清晰地球照片。
這些從太空拍攝到的地球圖片讓我們知道了地球是一顆藍色星球。據調查,人們對藍色有超乎理性的喜愛,比如對英國人的一項調查顯示,藍色以33%的得票率穩居第一名,是人們最愛的顔色,而第二名紅色隻有15%的得票率,這是否有地球是顆藍色星球的影響呢?
在各大太空探索組織中,比如美國宇航局、歐洲航天局、搜尋地外文明計劃等等,也都在設計自己機構的旗幟時,将藍色作為重要色調。
對比黃色的金星、紅色的火星、偏灰色的木星和土星,在許多人心中,藍色俨然已經成為一個有生命星球的标志,藍色星球是生命的搖籃和宇宙的綠洲。那麼,有生命的星球會是藍色的嗎?
藍色星球預示着生命嗎?
許多人都知道地球之所以是藍色的,是由于71%的地球表面覆蓋着水,水會散射和反射藍光。有液态水存在,似乎就暗示會有生命。但這個結論并不是完全正确的,在其他一些星球,藍色卻是生命的禁區。
在距離地球約63光年外,有一顆叫做HD 189733b的系外行星,這是一個巨大的藍色氣态星球,比木星大13%,其大氣層還含有大量水蒸汽,顔色類似地球夏天時天空的深藍色,看上去十分甯靜,但如果你将這個星球當成是友好的宜居星球就大錯特錯了。
由于HD 189733b距離恒星非常近,軌道周期隻需要2.2個地球日,導緻其大氣層溫度超過700℃,每天刮着超強飓風,風速高達每秒2千米以上,大約是音速的7倍,可以将太空旅行者瞬間卷入行星周圍的漩渦之中。在這個星球上淋雨也是緻命的,會讓你的身體千瘡百孔,因為該星球下的是“玻璃雨”,玻璃狀的矽酸鹽顆粒以每小時1.1萬千米的速度随着飓風在行星的大氣中穿行。總之,這是一個真正瘋狂的星球。
那麼,它為什麼會是藍色星球呢?目前的猜測是HD 189733b有一個富含灼熱礦物質的雲層,雲層上為一層非常純淨的大氣層。雲層會反射大多數光,但上層大氣層中的分子氫優先反射藍色光,最終導緻這個星球有着非常漂亮的藍色外表。當然HD 189733b的藍色與地球藍色是非常不同的,地球的藍色是淺藍,而HD 189733b則是深藍。
我們甚至不需要去太陽系外尋找藍色行星。事實上,地球并不是太陽系内唯一的藍色星球。天王星和海王星也是藍色星球,但它們的藍色既不是源自海洋對于藍色光的反射,也不是源自大氣對藍色光的反射。這些冰巨人的藍色調主要是因為其上層大氣層中含有少量甲烷。甲烷分子會吸收不同波段的紅色光和紅外光譜,反射出藍光。
所以,如果一個行星是藍色的,并不一定就意味着是适合生命居住的。
外星生命會是什麼顔色?
如果不是從行星的顔色着手,而是去探索生命本身的顔色,外星球的生命會是什麼顔色呢?
在地球上,植物進行光合作用的主要是葉綠素。葉綠素吸收的光主要是藍紫色和紅色的光,而反射綠色光。所以,在地球海洋表面,大量的微觀光合生物會産生巨大的綠色光芒,在陸地上,植物也可以産生大量的綠色。
如果我們可以在地球反照光中找到綠色素的印迹,然後從遙遠的行星光譜中尋找相同的迹象,就可以考慮這些星球是否可能存在生命了。
一些科學家們試圖捕捉從月球反射回的地球反照光,看看這些綠色色調在光譜中占多大比例。這是一項非常複雜的研究,他們既要考慮到是哪一部分地球光照射到了月球上,還要考慮到月球會反射回多少地球光。當這些地球反照光再次返回地球時,光子會被地球大氣層再一次吸收和反射,也會影響到科學家們的實驗數據。
即使困難重重,也有一些科學家成功地捕捉到了地球反照光。但令他們失望的是,從地球的反照光中找到光合生物反射的綠色光可能性是非常小的,因為這種綠色光似乎隻占總光譜的很小一部分。
除此之外,另外一個緻命的問題是外星生命的顔色也許并不是綠色的。現在即使在地球上,也會有各種不同的色素參與光合作用,它們能吸收不同光譜的光。類胡蘿蔔素就能讓植物呈現紅色、橙色或黃色光芒。一些同時使用類胡蘿蔔素和葉綠素的微生物甚至可以根據環境,調整二者的比例,進而調整自身的顔色。比如在寒冷環境中,它們會變為棕色和綠色,而在天氣炎熱時,又可以變成黃色橙色。另一類稱為藻膽素的還可以讓植物呈現出藍色或紅色。
在不同的地質時期,地球上的生命也會有不同的顔色。一些科學家認為,在史前,地球可能是紫色的。因為當時統治地球的微生物使用的是一種叫做視黃醛的感光分子。在分子結構上,視黃醛比葉綠素更簡單,而且能吸收綠色光,這一可見光波包含了陽光中的大部分能量,使得微生物更能适應地球的早期高輻射環境。今天,某些嗜鹽古細菌仍在使用視黃醛色素進行光合作用,這些物種也能抵抗強烈的紫外線輻射。由于視黃醛吸收綠光,反射的是紅光和藍光,兩者混合并産生了紫色。所以,30億年前,在地球最早的生物熱點區域都被染成了獨特的紫色。由此,如果外星球正好處在進化的早期階段,我們或許就得将紫色作為生命的基本色調,尋找紫色波長才對。
或者外星生命的顔色應該是黑色。今天,在銀河系中,絕大多數恒星質量、溫度、亮度不及太陽,在這些恒星系統中,如果有植物,那麼它們獲得的光很少,更傾向于吸收光譜中所有的光來進行光合作用,這樣這些植物很可能就是黑色的。
事實是,試圖通過顔色來判斷出一個星球是否有生命,是一個非常狹隘的想法。況且現在科學家們也沒有靈敏的儀器,能夠探測系外行星上反射的顔色。
尋找色彩,并不是完全沒有作用
當然,這并不意味着在尋找外星生命方面,色彩是毫無用處的。因為生物圈會改變行星的色彩結構,并以各種方式改變行星光譜。
一個非常著名的例子是“植被紅邊”效應,說的是在光譜的某一波段中,地球植被的反射率急劇上升。比如對于波長大于0.7微米的紅外光,植物的反射率能達到50%左右,強度也是紅色可見光的10倍以上。雖然對于人類來說,研究植物的紅邊效應十分有用,遙感衛星能夠通過紅邊效應分辨出地球的叢林、草原和作物。然而,地球表面70%的區域被海洋覆蓋,并且即使是陸地,平均也有約70%被雲層覆蓋,所以從外星球上觀測地球,可能隻能看到不足10%的植物紅邊效應。不過,如果外星球不是像地球這樣的地貌,比如陸地面積更大,植物紅邊效應作用可能更明顯。
生物圈也會導緻行星地表色彩的季節性改變。随着季節的變化,生物會生長或死亡,從而導緻生物顔色的改變。例如,2008年,東北太平洋的卡薩托基火山爆發,富含鐵元素的火山灰在短短幾天内,造成了浮遊生物的爆發性增長,導緻了地球很大一片區域被綠色覆蓋,從太空中也能看到這片超過200萬平方千米的太平洋綠色水域。所以,我們也能從系外行星色彩的突然變化中找到生命發出的信号。
總之,探尋外星球的顔色,進而找到外星生命,依舊會是天文學家們使用的手段之一,隻不過它不會像我們想象得那麼簡單,所以,隻用尋找一個藍色星球的方法,或者隻是從星球的反射光中找到綠色光譜的方法找外星生命,是遠遠不夠的。有生命的世界色彩遠比我們想象得更複雜。
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