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有生命的星球会是什么颜色?

1968年,当阿波罗8号飞船绕着月球飞行时,宇航员拍摄到了第一张地球从月球地平线上升起的彩色照片。在灰色的月球地表上,一颗蓝白色的半球浮现在夜空中,这就是从月球上看到的地球景象。四年之后,阿波罗17号宇航员们第一次拍摄到了地球的全景图片。在太空中,地球酷似一块“蓝色大理石”,从此以后,人们用“蓝色大理石”指代卫星拍摄的高清晰地球照片。

这些从太空拍摄到的地球图片让我们知道了地球是一颗蓝色星球。据调查,人们对蓝色有超乎理性的喜爱,比如对英国人的一项调查显示,蓝色以33%的得票率稳居第一名,是人们最爱的颜色,而第二名红色只有15%的得票率,这是否有地球是颗蓝色星球的影响呢?

在各大太空探索组织中,比如美国宇航局、欧洲航天局、搜寻地外文明计划等等,也都在设计自己机构的旗帜时,将蓝色作为重要色调。

对比黄色的金星、红色的火星、偏灰色的木星和土星,在许多人心中,蓝色俨然已经成为一个有生命星球的标志,蓝色星球是生命的摇篮和宇宙的绿洲。那么,有生命的星球会是蓝色的吗?

蓝色星球预示着生命吗?

许多人都知道地球之所以是蓝色的,是由于71%的地球表面覆盖着水,水会散射和反射蓝光。有液态水存在,似乎就暗示会有生命。但这个结论并不是完全正确的,在其他一些星球,蓝色却是生命的禁区。

在距离地球约63光年外,有一颗叫做HD 189733b的系外行星,这是一个巨大的蓝色气态星球,比木星大13%,其大气层还含有大量水蒸汽,颜色类似地球夏天时天空的深蓝色,看上去十分宁静,但如果你将这个星球当成是友好的宜居星球就大错特错了。

由于HD 189733b距离恒星非常近,轨道周期只需要2.2个地球日,导致其大气层温度超过700℃,每天刮着超强飓风,风速高达每秒2千米以上,大约是音速的7倍,可以将太空旅行者瞬间卷入行星周围的漩涡之中。在这个星球上淋雨也是致命的,会让你的身体千疮百孔,因为该星球下的是“玻璃雨”,玻璃状的硅酸盐颗粒以每小时1.1万千米的速度随着飓风在行星的大气中穿行。总之,这是一个真正疯狂的星球。

那么,它为什么会是蓝色星球呢?目前的猜测是HD 189733b有一个富含灼热矿物质的云层,云层上为一层非常纯净的大气层。云层会反射大多数光,但上层大气层中的分子氢优先反射蓝色光,最终导致这个星球有着非常漂亮的蓝色外表。当然HD 189733b的蓝色与地球蓝色是非常不同的,地球的蓝色是浅蓝,而HD 189733b则是深蓝。

我们甚至不需要去太阳系外寻找蓝色行星。事实上,地球并不是太阳系内唯一的蓝色星球。天王星和海王星也是蓝色星球,但它们的蓝色既不是源自海洋对于蓝色光的反射,也不是源自大气对蓝色光的反射。这些冰巨人的蓝色调主要是因为其上层大气层中含有少量甲烷。甲烷分子会吸收不同波段的红色光和红外光谱,反射出蓝光。

所以,如果一个行星是蓝色的,并不一定就意味着是适合生命居住的。

外星生命会是什么颜色?

如果不是从行星的颜色着手,而是去探索生命本身的颜色,外星球的生命会是什么颜色呢?

在地球上,植物进行光合作用的主要是叶绿素。叶绿素吸收的光主要是蓝紫色和红色的光,而反射绿色光。所以,在地球海洋表面,大量的微观光合生物会产生巨大的绿色光芒,在陆地上,植物也可以产生大量的绿色。

如果我们可以在地球反照光中找到绿色素的印迹,然后从遥远的行星光谱中寻找相同的迹象,就可以考虑这些星球是否可能存在生命了。

一些科学家们试图捕捉从月球反射回的地球反照光,看看这些绿色色调在光谱中占多大比例。这是一项非常复杂的研究,他们既要考虑到是哪一部分地球光照射到了月球上,还要考虑到月球会反射回多少地球光。当这些地球反照光再次返回地球时,光子会被地球大气层再一次吸收和反射,也会影响到科学家们的实验数据。

即使困难重重,也有一些科学家成功地捕捉到了地球反照光。但令他们失望的是,从地球的反照光中找到光合生物反射的绿色光可能性是非常小的,因为这种绿色光似乎只占总光谱的很小一部分。

除此之外,另外一个致命的问题是外星生命的颜色也许并不是绿色的。现在即使在地球上,也会有各种不同的色素参与光合作用,它们能吸收不同光谱的光。类胡萝卜素就能让植物呈现红色、橙色或黄色光芒。一些同时使用类胡萝卜素和叶绿素的微生物甚至可以根据环境,调整二者的比例,进而调整自身的颜色。比如在寒冷环境中,它们会变为棕色和绿色,而在天气炎热时,又可以变成黄色橙色。另一类称为藻胆素的还可以让植物呈现出蓝色或红色。

在不同的地质时期,地球上的生命也会有不同的颜色。一些科学家认为,在史前,地球可能是紫色的。因为当时统治地球的微生物使用的是一种叫做视黄醛的感光分子。在分子结构上,视黄醛比叶绿素更简单,而且能吸收绿色光,这一可见光波包含了阳光中的大部分能量,使得微生物更能适应地球的早期高辐射环境。今天,某些嗜盐古细菌仍在使用视黄醛色素进行光合作用,这些物种也能抵抗强烈的紫外线辐射。由于视黄醛吸收绿光,反射的是红光和蓝光,两者混合并产生了紫色。所以,30亿年前,在地球最早的生物热点区域都被染成了独特的紫色。由此,如果外星球正好处在进化的早期阶段,我们或许就得将紫色作为生命的基本色调,寻找紫色波长才对。

或者外星生命的颜色应该是黑色。今天,在银河系中,绝大多数恒星质量、温度、亮度不及太阳,在这些恒星系统中,如果有植物,那么它们获得的光很少,更倾向于吸收光谱中所有的光来进行光合作用,这样这些植物很可能就是黑色的。

事实是,试图通过颜色来判断出一个星球是否有生命,是一个非常狭隘的想法。况且现在科学家们也没有灵敏的仪器,能够探测系外行星上反射的颜色。

寻找色彩,并不是完全没有作用

当然,这并不意味着在寻找外星生命方面,色彩是毫无用处的。因为生物圈会改变行星的色彩结构,并以各种方式改变行星光谱。

一个非常著名的例子是“植被红边”效应,说的是在光谱的某一波段中,地球植被的反射率急剧上升。比如对于波长大于0.7微米的红外光,植物的反射率能达到50%左右,强度也是红色可见光的10倍以上。虽然对于人类来说,研究植物的红边效应十分有用,遥感卫星能够通过红边效应分辨出地球的丛林、草原和作物。然而,地球表面70%的区域被海洋覆盖,并且即使是陆地,平均也有约70%被云层覆盖,所以从外星球上观测地球,可能只能看到不足10%的植物红边效应。不过,如果外星球不是像地球这样的地貌,比如陆地面积更大,植物红边效应作用可能更明显。

生物圈也会导致行星地表色彩的季节性改变。随着季节的变化,生物会生长或死亡,从而导致生物颜色的改变。例如,2008年,东北太平洋的卡萨托基火山爆发,富含铁元素的火山灰在短短几天内,造成了浮游生物的爆发性增长,导致了地球很大一片区域被绿色覆盖,从太空中也能看到这片超过200万平方千米的太平洋绿色水域。所以,我们也能从系外行星色彩的突然变化中找到生命发出的信号。

总之,探寻外星球的颜色,进而找到外星生命,依旧会是天文学家们使用的手段之一,只不过它不会像我们想象得那么简单,所以,只用寻找一个蓝色星球的方法,或者只是从星球的反射光中找到绿色光谱的方法找外星生命,是远远不够的。有生命的世界色彩远比我们想象得更复杂。


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