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(jù)調(diào)查,人們對藍色有超乎理性的喜愛,比如對英國人的一項調(diào)查顯示,藍色以33%的得票率穩(wěn)居第一名,是人們最愛的顏色,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(shè)計自己機構(gòu)的旗幟時,將藍色作為重要色調(diào)。
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,藍色儼然已經(jīng)成為一個有生命星球的標(biāo)志,藍色星球是生命的搖籃和宇宙的綠洲。那么,有生命的星球會是藍色的嗎?
許多人都知道地球之所以是藍色的,是由于71%的地球表面覆蓋著水,水會散射和反射藍光。有液態(tài)水存在,似乎就暗示會有生命。但這個結(jié)論并不是完全正確的,在其他一些星球,藍色卻是生命的禁區(qū)。
在距離地球約63光年外,有一顆叫做HD 189733b的系外行星,這是一個巨大的藍色氣態(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天空的深藍色,看上去十分寧靜,但如果你將這個星球當(dāng)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,軌道周期只需要2.2個地球日,導(dǎo)致其大氣層溫度超過700℃,每天刮著超強颶風(fēng),風(fēng)速高達每秒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。在這個星球上淋雨也是致命的,會讓你的身體千瘡百孔,因為該星球下的是“玻璃雨”,玻璃狀的硅酸鹽顆粒以每小時1.1萬千米的速度隨著颶風(fēng)在行星的大氣中穿行??傊@是一個真正瘋狂的星球。
那么,它為什么會是藍色星球呢?目前的猜測是HD 189733b有一個富含灼熱礦物質(zhì)的云層,云層上為一層非常純凈的大氣層。云層會反射大多數(shù)光,但上層大氣層中的分子氫優(yōu)先反射藍色光,最終導(dǎo)致這個星球有著非常漂亮的藍色外表。當(dāng)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,地球并不是太陽系內(nèi)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(diào)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,外星球的生命會是什么顏色呢?
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)家們試圖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,還要考慮到月球會反射回多少地球光。當(dāng)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(xué)家們的實驗數(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,因為這種綠色光似乎只占總光譜的很小一部分。
除此之外,另外一個致命的問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,進而調(diào)整自身的顏色。比如在寒冷環(huán)境中,它們會變?yōu)樽厣途G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(xiàn)出藍色或紅色。
在不同的地質(zhì)時期,地球上的生命也會有不同的顏色。一些科學(xué)家認為,在史前,地球可能是紫色的。因為當(dāng)時統(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,使得微生物更能適應(yīng)地球的早期高輻射環(huán)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,兩者混合并產(chǎn)生了紫色。所以,30億年前,在地球最早的生物熱點區(qū)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,我們或許就得將紫色作為生命的基本色調(diào),尋找紫色波長才對。
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,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,試圖通過顏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(xiàn)在科學(xué)家們也沒有靈敏的儀器,能夠探測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,色彩是毫無用處的。因為生物圈會改變行星的色彩結(jié)構(gòu),并以各種方式改變行星光譜。
一個非常著名的例子是“植被紅邊”效應(yīng),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(yīng)十分有用,遙感衛(wèi)星能夠通過紅邊效應(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地球,可能只能看到不足10%的植物紅邊效應(yīng)。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(yīng)作用可能更明顯。
生物圈也會導(dǎo)致行星地表色彩的季節(jié)性改變。隨著季節(jié)的變化,生物會生長或死亡,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,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(fā)出的信號。
總之,探尋外星球的顏色,進而找到外星生命,依舊會是天文學(xué)家們使用的手段之一,只不過它不會像我們想象得那么簡單,所以,只用尋找一個藍色星球的方法,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,是遠遠不夠的。有生命的世界色彩遠比我們想象得更復(fù)雜。