前言：人类已经尝试过多种探测系外行星宜居性的办法，却忘了一点：换位思考。科学家长期以来都坚持着“什么样的系外行星更像地球”的思路，但有一些人却用了逆向思维，思考“如果地球是系外行星会是什么样”。当他们从这个角度出发进行研究，果然有了重大的突破……
长期以来，科学家们一直致力于寻找系外行星和地外生命，寄希望于能够在遥远的太空找到人类的下一个家园，或者宇宙中的同伴。
虽然目前的科技还不允许我们实地前往考察，但通过着强大的观测设备，我们仍然能够看到这些行星的冰山一角，推测出一些重要的信息。即便如此，我们也还是无法确定它们的宜居性和孕育生命的可能。
那么，系外行星到底具备哪些特征才宜居呢？我们看到什么样的系外行星，才可以寄予这样的希望呢？
最近，一些科学家提出了一个有趣的角度，或许有助于我们回答这个问题。他们表示：我们有现成的星球可以研究，那就是地球。如果我们能够换位思考，将地球当作是一颗系外行星来研究，发现它的特征，或许可以成为研究系外行星的重要参考。
问题在于，我们又不可能真的飞到几十甚至几百光年以外去观测地球，因此想法虽然很好，但执行起来却很有难度。不过，科学家找到了一个非常巧妙的办法，那就是通过月全食来研究地球。
所谓的月全食，就是月球进入地球的本影（umbral shadow）中，整体被地球遮住阳光而出现的现象。当地球上看到月全食的时候，月球上就会看到日全食。但是，和日食的时候太阳完全不可见所不同的是，即使处于月全食期间，我们仍然可以看到一轮暗红色的月亮。这是因为，大约有0.1%的阳光在经过地球大气层的时候，又被折射到月球表面，导致月球有微弱的光亮。
月全食也并非全都是暗红色的，有的时候也会出现淡黄色、橙黄色、浅红色等等颜色。月全食到底是什么颜色，取决于月球在地球本影中的位置，以及地球大气中悬浮颗粒和气溶胶的数量等等因素。
这就是问题的有趣之处。
（图片说明：暗红色的月食）
科学家们敏锐地意识到：我们在研究系外行星的时候，也会探测其宿主恒星的光芒透过它的大气层时所呈现的状态，这和太阳透过地球大气层射到月球上的光并没有什么不同。
来自科罗拉多大学（博尔德）和太空望远镜科学研究所的研究人员一想到这个创意，就兴奋不已。在2019年1月的月全食（当时中国不可见）期间，他们就利用世界上最强大的哈勃太空望远镜进行了这方面的研究，在紫外光波段观测了这次月全食。
（图片说明：月食过程中的近紫外透射光谱，不同颜色代表的是不同的食相）
果然，在此期间，他们在对月全食的微弱光芒进行研究的时候，成功检测出了地球大气层中的臭氧。相信大家对于臭氧已经不陌生了，这种由3个氧原子构成的分子在地球大气层中形成了一个保护层，保护着我们不被太阳的紫外线所伤害。
（图片说明：地球在不同情况下的光谱，这有助于我们对系外行星光谱的宜居性分析）
这个发现很快得到了证实，一些地基望远镜也检测到了同样的结果。不过，对于地基望远镜来说，还要对那些从月球发射的光射回地球大气层的变化进行修正，而哈勃这样的太空望远镜则可以免去这一步的操作。
来自大气和空间物理实验室的研究人员Allison Youngblood告诉我们：“臭氧的发现非常重要，因为它是氧气分子的光化学副产品，而氧气分子自身又是生物的副产品。不过，除了臭氧之外，我们还需要其他的光谱信息，才能够判断一颗行星是否有生命存在。但是，这些信息未必能够通过紫外光探测到。”
（图片说明：2019年1月的月全食，拍摄于西班牙塔里法的海滩）
另外，臭氧不能直接证明生命存在的原因还有一条，那就是臭氧也不是必须通过生命来合成。在有氮气和阳光的情况下，氧气转化为臭氧的概率也会增加。不过，如果臭氧的含量随着季节发生变化，那么将很有可能与生物有关。
（图片说明：氧气和臭氧的瑞利散射模型）
除了臭氧之外，氧气和甲烷也是比较重要的参考。这两种物质的化学性质都比较活泼，尤其是氧气，可以和许多物质自然发生反应。因此，如果没有一个持续的化学机制，一颗星球上是很难长时间拥有大量氧气的，而这种化学机制很可能就与生物有关，比如地球植物的光合作用。因此，如果能够在系外行星的大气中检测到氧气或者甲烷，对于我们来说同样是个好消息。
和臭氧一样，科学家通过月全食检测到地球大气层中的氧气和甲烷，也得到了地基望远镜的验证。这说明，这种研究方法有效、可靠，未来将成为我们寻找系外宜居行星的重要参考。
（图片说明：系外行星凌日过程中的光谱变化）
另外，系外行星还可能有一种非常值得注意的现象，那就是研究人员所说的“红色边缘”。他们指出：这是植物进行光合作用的一个重要特征。但是，虽然这个特征可以极大地提升一颗行星拥有植物的概率，但检测起来却非常困难，
NASA戈达德太空飞行中心的Giada Arney指出：“光合作用很可能是最成功的一种新陈代谢手段，它有可能出现在任何行星上。因为它的能量来源就是光照，而所需的反应物——水和二氧化碳——都是由宇宙中最常见的元素构成的，这些必要的成分在宜居行星上应该十分常见。”
（图片说明：月食下的哈勃望远镜，艺术图）
2019年1月的成功，让科学家们意识到了月全食可以帮助我们寻找地外生物。再下一次的月全食，会出现在2021年的5月26日。届时，科学家有望再一次利用哈勃太空望远镜，把握住这次机会，进行更深入的探索，让我们知道如果地球是一颗系外行星，看起来是什么模样。参照这个研究成果，我们将会更加确定已经发现的4000多颗系外行星中，到底有哪些是宜居甚至可能孕育了生命的。
到了明年10月份，NASA的下一代太空望远镜——詹姆斯·韦伯太空望远镜也将发射升空，它也将能够把系外行星看得更加清晰，以更高的效率检测系外行星的宜居性。同时，大型紫外可见光红外望远镜LUVOIR也将可以在紫外波段对这些系外行星成像，帮助我们分析这些遥远的星球大气中含有哪些元素，可能在进行哪些化学反应。
（图片说明：LUVOIR望远镜假想图）
虽然我们的科技尚不足以直接去探索这些行星，但凭借着巧妙的手段，我们依然可以获得大量的有效信息。很难说发现地外生命和人类直接探测系外行星这两个梦想，哪一个能够先实现。
从目前的发展来看，或许我们可能会先发现宜居的系外行星或者生命吧。谁知道呢，没准虽然外星人无法来到地球，但也通过同样的方式在分析我们地球呢……
联系客服
