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(lán)色星球。據(jù)調(diào)查,人們對(duì)藍(lán)色有超乎理性的喜愛(ài),比如對(duì)英國(guó)人的一項(xiàng)調(diào)查顯示,藍(lán)色以33%的得票率穩(wěn)居第一名,是人們最愛(ài)的顏色,而第二名紅色只有15%的得票率,這是否有地球是顆藍(lán)色星球的影響呢?
在各大太空探索組織中,比如美國(guó)宇航局、歐洲航天局、搜尋地外文明計(jì)劃等等,也都在設(shè)計(jì)自己機(jī)構(gòu)的旗幟時(shí),將藍(lán)色作為重要色調(diào)。
對(duì)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(lán)色儼然已經(jīng)成為一個(gè)有生命星球的標(biāo)志,藍(lán)色星球是生命的搖籃和宇宙的綠洲。那么,有生命的星球會(huì)是藍(lán)色的嗎?
許多人都知道地球之所以是藍(lán)色的,是由于71%的地球表面覆蓋著水,水會(huì)散射和反射藍(lán)光。有液態(tài)水存在,似乎就暗示會(huì)有生命。但這個(gè)結(jié)論并不是完全正確的,在其他一些星球,藍(lán)色卻是生命的禁區(qū)。
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(gè)巨大的藍(lán)色氣態(tài)星球,比木星大13%,其大氣層還含有大量水蒸汽,顏色類似地球夏天時(shí)天空的深藍(lán)色,看上去十分寧?kù)o,但如果你將這個(gè)星球當(dāng)成是友好的宜居星球就大錯(cuò)特錯(cuò)了。
由于HD 189733b距離恒星非常近,軌道周期只需要2.2個(gè)地球日,導(dǎo)致其大氣層溫度超過(guò)700℃,每天刮著超強(qiáng)颶風(fēng),風(fēng)速高達(dá)每秒2千米以上,大約是音速的7倍,可以將太空旅行者瞬間卷入行星周圍的漩渦之中。在這個(gè)星球上淋雨也是致命的,會(huì)讓你的身體千瘡百孔,因?yàn)樵撔乔蛳碌氖恰安Aв辍?,玻璃狀的硅酸鹽顆粒以每小時(shí)1.1萬(wàn)千米的速度隨著颶風(fēng)在行星的大氣中穿行??傊@是一個(gè)真正瘋狂的星球。
那么,它為什么會(huì)是藍(lán)色星球呢?目前的猜測(cè)是HD 189733b有一個(gè)富含灼熱礦物質(zhì)的云層,云層上為一層非常純凈的大氣層。云層會(huì)反射大多數(shù)光,但上層大氣層中的分子氫優(yōu)先反射藍(lán)色光,最終導(dǎo)致這個(gè)星球有著非常漂亮的藍(lán)色外表。當(dāng)然HD 189733b的藍(lán)色與地球藍(lán)色是非常不同的,地球的藍(lán)色是淺藍(lán),而HD 189733b則是深藍(lán)。
我們甚至不需要去太陽(yáng)系外尋找藍(lán)色行星。事實(shí)上,地球并不是太陽(yáng)系內(nèi)唯一的藍(lán)色星球。天王星和海王星也是藍(lán)色星球,但它們的藍(lán)色既不是源自海洋對(duì)于藍(lán)色光的反射,也不是源自大氣對(duì)藍(lán)色光的反射。這些冰巨人的藍(lán)色調(diào)主要是因?yàn)槠渖蠈哟髿鈱又泻猩倭考淄?。甲烷分子?huì)吸收不同波段的紅色光和紅外光譜,反射出藍(lán)光。
所以,如果一個(gè)行星是藍(lán)色的,并不一定就意味著是適合生命居住的。
如果不是從行星的顏色著手,而是去探索生命本身的顏色,外星球的生命會(huì)是什么顏色呢?
在地球上,植物進(jìn)行光合作用的主要是葉綠素。葉綠素吸收的光主要是藍(lán)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(huì)產(chǎn)生巨大的綠色光芒,在陸地上,植物也可以產(chǎn)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跡,然后從遙遠(yuǎn)的行星光譜中尋找相同的跡象,就可以考慮這些星球是否可能存在生命了。
一些科學(xué)家們?cè)噲D捕捉從月球反射回的地球反照光,看看這些綠色色調(diào)在光譜中占多大比例。這是一項(xiàng)非常復(fù)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(huì)反射回多少地球光。當(dāng)這些地球反照光再次返回地球時(shí),光子會(huì)被地球大氣層再一次吸收和反射,也會(huì)影響到科學(xué)家們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
即使困難重重,也有一些科學(xué)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?yàn)檫@種綠色光似乎只占總光譜的很小一部分。
除此之外,另外一個(gè)致命的問(wèn)題是外星生命的顏色也許并不是綠色的?,F(xiàn)在即使在地球上,也會(huì)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。類胡蘿卜素就能讓植物呈現(xiàn)紅色、橙色或黃色光芒。一些同時(shí)使用類胡蘿卜素和葉綠素的微生物甚至可以根據(jù)環(huán)境,調(diào)整二者的比例,進(jìn)而調(diào)整自身的顏色。比如在寒冷環(huán)境中,它們會(huì)變?yōu)樽厣途G色,而在天氣炎熱時(shí),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(xiàn)出藍(lán)色或紅色。
在不同的地質(zhì)時(shí)期,地球上的生命也會(huì)有不同的顏色。一些科學(xué)家認(rèn)為,在史前,地球可能是紫色的。因?yàn)楫?dāng)時(shí)統(tǒng)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(jié)構(gòu)上,視黃醛比葉綠素更簡(jiǎn)單,而且能吸收綠色光,這一可見(jiàn)光波包含了陽(yáng)光中的大部分能量,使得微生物更能適應(yīng)地球的早期高輻射環(huán)境。今天,某些嗜鹽古細(xì)菌仍在使用視黃醛色素進(jìn)行光合作用,這些物種也能抵抗強(qiáng)烈的紫外線輻射。由于視黃醛吸收綠光,反射的是紅光和藍(lán)光,兩者混合并產(chǎn)生了紫色。所以,30億年前,在地球最早的生物熱點(diǎn)區(qū)域都被染成了獨(dú)特的紫色。由此,如果外星球正好處在進(jìn)化的早期階段,我們或許就得將紫色作為生命的基本色調(diào),尋找紫色波長(zhǎng)才對(duì)。
或者外星生命的顏色應(yīng)該是黑色。今天,在銀河系中,絕大多數(shù)恒星質(zhì)量、溫度、亮度不及太陽(yáng),在這些恒星系統(tǒng)中,如果有植物,那么它們獲得的光很少,更傾向于吸收光譜中所有的光來(lái)進(jìn)行光合作用,這樣這些植物很可能就是黑色的。
事實(shí)是,試圖通過(guò)顏色來(lái)判斷出一個(gè)星球是否有生命,是一個(gè)非常狹隘的想法。況且現(xiàn)在科學(xué)家們也沒(méi)有靈敏的儀器,能夠探測(cè)系外行星上反射的顏色。
當(dāng)然,這并不意味著在尋找外星生命方面,色彩是毫無(wú)用處的。因?yàn)樯锶?huì)改變行星的色彩結(jié)構(gòu),并以各種方式改變行星光譜。
一個(gè)非常著名的例子是“植被紅邊”效應(yīng),說(shuō)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(duì)于波長(zhǎng)大于0.7微米的紅外光,植物的反射率能達(dá)到50%左右,強(qiáng)度也是紅色可見(jiàn)光的10倍以上。
雖然對(duì)于人類來(lái)說(shuō),研究植物的紅邊效應(yīng)十分有用,遙感衛(wèi)星能夠通過(guò)紅邊效應(yīng)分辨出地球的叢林、草原和作物。然而,地球表面70%的區(qū)域被海洋覆蓋,并且即使是陸地,平均也有約70%被云層覆蓋,所以從外星球上觀測(cè)地球,可能只能看到不足10%的植物紅邊效應(yīng)。不過(guò),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(yīng)作用可能更明顯。
生物圈也會(huì)導(dǎo)致行星地表色彩的季節(jié)性改變。隨著季節(jié)的變化,生物會(huì)生長(zhǎng)或死亡,從而導(dǎo)致生物顏色的改變。例如,2008年,東北太平洋的卡薩托基火山爆發(fā),富含鐵元素的火山灰在短短幾天內(nèi),造成了浮游生物的爆發(fā)性增長(zhǎng),導(dǎo)致了地球很大一片區(qū)域被綠色覆蓋,從太空中也能看到這片超過(guò)200萬(wàn)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(fā)出的信號(hào)。
總之,探尋外星球的顏色,進(jìn)而找到外星生命,依舊會(huì)是天文學(xué)家們使用的手段之一,只不過(guò)它不會(huì)像我們想象得那么簡(jiǎn)單,所以,只用尋找一個(gè)藍(lán)色星球的方法,或者只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(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。有生命的世界色彩遠(yuǎn)比我們想象得更復(fù)雜。