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自从小说《三体》问世之后,人们就一直在好奇:比邻星周围是否真的有生命?

隔着4.24光年,我们要怎么知道比邻星b上有没有生命?可以看灯光

2016年,科学家们果然在比邻星周围发现了一颗行星,那就是比邻星b,所以民间又称之为“三体行星”。科学家们对此提出了许多种理论,讨论比邻星b上是否真的有生命。说来说去,这些都是理论。最简单、最有效的方法,就是直接看看那里有没有生命。

可是,比邻星距离我们4.24光年,我们要怎么看呢?

(图片说明:迄今为止最清晰的比邻星成像)

如果我们在太空中回望地球,就知道这里有着生命与文明。因为即使是在夜里,还是会有城市群的明亮灯光在闪耀,十分明显。但比邻星b太远了,我们的观测能力又实在有限,这就是人类心有余而力不足的现状。

来自于斯坦福大学的Elisa Tabor和哈佛大学的Abraham Loeb最近进行了一项研究,展示生物制造的文明之光和自然界中的光有何区别。未来,我们或许可以利用这项技术,在遥远的位置上看到比邻星b上是否有核弹产生的污染、或者是卫星星座过境时导致行星亮度的变化。尽管它们看起来很像小天体撞击产生的现象,但我们还是有望将二者区分开来,从而判断是否有某种光是来自于文明的痕迹。

隔着4.24光年,我们要怎么知道比邻星b上有没有生命?可以看灯光

(图片说明:奥陌陌)

关于Loeb,我们已经多次提到过了,他就是那位一直鼓吹星际天体奥陌陌是外星人飞船的那位哈佛教授。他之所以这么说,有很大的一部分原因是让自己负责的项目获得公众关注,那就是突破聆听计划。这是由俄罗斯大亨尤里·米尔纳和已故科学家霍金共同赞助的计划,旨在寻找宇宙中的外星生命。

这一次研究,也是为了他的突破聆听项目来进行的。他和Tabor利用尚未发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)进行了虚拟测试,设想了它未来进行观测的方式和可能获得的结果。而模拟的观测对象,就是万众瞩目的比邻星b。

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(图片说明:比邻星b假想图)

他们首先设定了一个观测指标,那就是人造亮度与行星反射恒星亮度的比例。如果数值是0%,那就意味着行星上完全没有人造的灯光;如果是100%,意味着行星的黑夜面和白天一样明亮。同时他们假设,“三体人”使用的灯光类似于我们的LED照明,也就是有明显的人造光谱痕迹。

结果怎样呢?

他们发现,如果人造亮度的比例达到5%,那么JWST有85%的可能性会发觉这些灯光;如果达到9%,那么它被观测到的概率将达到95%。

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(图片说明:由400多张卫星图像合成的全球夜景全景图)

你可能会想:发现外星人好像也没有那么难啊!

其实不然。要知道,按照他们这个计算方法,地球上的人造亮度和反射的太阳光相比,只占了大约0.001%。即便比邻星要比太阳暗得多,但如果比邻星b上的文明只是和人类差不多的科技水平,那么我们也无法观测到。想要被JWST这样的设备发现人造设备的光,这个亮度至少要提高500倍!

这也不是完全不可能的,毕竟比邻星b很可能被潮汐锁定,也就是有一面永远处于黑暗中。如果这颗行星上有生命,那么这些生命为了生存在这一侧,必须要使用更多更强大的照明设备,甚至是运行在太空轨道上的巨大反射镜来反射恒星的光。

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(图片说明:比邻星宜居带的范围示意图)

对于JWST来说,这样的观测难度确实很大。但对于未来的望远镜LUVOIR(大型紫外光红外探测器)和HabEx(宜居系外行星观测站)来说,就有这样的观测能力。

在Tabor和Loeb的论文发出的几天后,图森大学天文学系的Thomas Beatty就进行了计算,结果表明,这两台望远镜不仅可以观测到比邻星b上可能存在的人造光源,甚至对于10秒差距(约32.6光年)内的宜居行星,都可以进行这样的观测。不过,它们的发射要等到2035年左右。

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(图片说明:LUVOIR预想图)

Beatty的模拟过程和上述两位科学家一样,对这两台未来的望远镜进行了建模,通过调整系外行星的各种基础属性,并假设虚拟望远镜对这些行星进行长达100个小时以上的成像过程,从而推测出它们的表面是否有像人类一样的文明存在。

下图是Beatty研究中的一张图片,显示的是行星与地球的距离、城市化的水平以及宿主恒星亮度之间的关系。前两项大家都很容易理解,系外行星距离我们越近、文明发展程度越高,就越容易被我们发现。那么,第三项有什么意义呢?

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很简单,如果宿主恒星太亮,就更容易盖过人造光源,这就要求这里的文明更加高级,才会被我们发现。这样看来,比邻星b的确是完美的观测对象,它距离地球足够近,M型恒星比邻星的亮度又只有太阳的1/20000,对文明的等级要求很低。

另一方面,太暗的恒星热量也低,想要让行星温度适宜,就要非常靠近宿主恒星,这就导致行星上即使有人造光源,也会被吞没在恒星的光芒之中。

总的来说,像我们太阳这样的G型恒星或者是K型恒星,最适合进行这样的观测。相应的,这些行星上的文明也要创造出足够的光。对于10秒差距以内的恒星来说,如果是M型恒星,人造光源的比例达到0.3%-3%即可。如果是G型或者是K型恒星,那么就要达到10%以上才可以被我们观测到。

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(图片说明:HabEx预想图)

对于现在的我们来说,既不足以观测到其他行星上的人造光源,自己的文明程度也不足以被同等水平的生命发现。目前全世界的城市化面积所占比例大约是0.05%,如果我们来到比邻星b上,是完全观测不到地球上人造光源的痕迹的。

对于人类的下一代望远镜来说,如果比邻星b的城市化比例达到仅仅0.5%,就足以被我们观测到其人造光源。即便这个数字,也比目前的地球高了10倍。

甚至,宇宙中可能存在着人造光源比例达到100%的文明,这是一些网络游戏或者是科幻小说设想过的情节。这意味着,整颗行星都是由城市覆盖的,如果真的有这样的行星,其亮度也会相当惊人。

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目前,人类的观测设备还都达不到这样的程度。但是再过十几年,30光年内有多少系外行星可能孕育了人类这样的文明,或许就要真相大白了。

原文链接:http://www.toutiao.com/a6970931178996072996

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