我們的坐標，已經(jīng)被2000多顆星星熟知

圖片來源：OpenSpace/American Museum of Natural History

無論是為了尋找外星文明，還是搜索可能的星際殖民地，我們一直都在探測系外行星。但如果將視角倒轉過來，茫茫宇宙中，又有哪些地方能發(fā)現(xiàn)我們小小地球上的人類文明呢？

撰文｜王昱

審校｜吳非

根據(jù)太陽系外行星百科全書（The Extrasolar Planets Encyclopaedia）的統(tǒng)計，截至今天，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了4776顆系外行星。在未來，人類還將發(fā)現(xiàn)更多系外行星。不過卻很少有人估計，無垠宇宙中，在哪些地方可以看到我們的小小地球，發(fā)現(xiàn)萌芽中的人類文明。

上周，麗莎·卡爾特內(nèi)格（Lisa Kaltenegger）和杰奎琳·法赫蒂（?Jacqueline K Faherty）在《自然》雜志上發(fā)表論文，她們利用蓋亞天文衛(wèi)星（Gaia Astrometry Satellite）的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)從5000年前到5000年后，在326光年（相當于100秒差距）的范圍內(nèi)，有2034枚天體所在的位置能通過凌星法發(fā)現(xiàn)地球。

凌星法

如果存在地外文明，我們通常估計他們的技術水平至少和我們平齊。那么，他們用凌星法來尋找地球也是預料之內(nèi)的事。

上世紀90年代至今發(fā)現(xiàn)的系外行星數(shù)量統(tǒng)計（數(shù)據(jù)來源：The Extrasolar Planets Encyclopaedia）

如果系外行星繞轉恒星的平面?zhèn)葘ξ覀?，那么當系外行星轉到恒星面前時，就會擋住一部分星光，造成亮度下降，從而我們就能發(fā)現(xiàn)那顆系外行星。1999年，天文學家杰弗里·馬西（Geoffrey Marcy）首次用這種方法發(fā)現(xiàn)了系外行星HD 209458 b。隨后的20多年中，凌星法成為了人類尋找系外行星的主要手段，人類目前確認的4776顆系外行星中，有3426顆是通過凌星法發(fā)現(xiàn)的。

凌星法示意圖。在行星轉到恒星前時，會擋住星光，使我們監(jiān)測到的亮度變暗。（圖片來源：Wikipedia）

用凌星法尋找系外行星存在一個顯著的優(yōu)勢：當行星遮擋恒星時，恒星發(fā)出的光會穿透行星大氣層，從而對恒星光譜產(chǎn)生一定改變，我們由此能分析行星大氣所含的元素種類。如果考慮到這一點，其他文明可能在超過20億年前的“大氧化事件”發(fā)生時，就能發(fā)現(xiàn)地球大氣中突然出現(xiàn)了大量不穩(wěn)定的氧氣，從而推斷出地球上有生命在進行光合作用。當然，這僅僅是能確定地球上存在生命而已。如果想發(fā)現(xiàn)地球上的人類文明，還是要在最近的1萬年間觀測到地球。

這種方法也存在一個巨大的限制，它要求系外行星的公轉平面?zhèn)葘ξ覀?，否則系外行星就不會遮擋它的宿主恒星。反過來，如果想讓其他星能看到地球，那么這些星就必須處在黃道平面（地球繞太陽公轉的平面）附近。而這個區(qū)域在星空中的投影，就被稱為地球凌日區(qū)（Earth transit zone，ETZ），大約只有0.5°寬。只有在地球凌日區(qū)內(nèi)，才有機會能用凌星法發(fā)現(xiàn)地球。

凌星法示意圖，只有在??ETZ范圍內(nèi)才能用凌星法看到地球，??ETZ約為0.5° （圖片來源：Astrobiology 2016 16:4, 259-270）

在哪里能看到地球？

雖然在人一生的時間尺度內(nèi)，星空似乎都是一成不變的，但如果將時間拉長，夜空中的天體都是在不斷運動的。論文公布的2034枚天體中，有1402枚正處在地球凌日區(qū)內(nèi)，有313枚天體已經(jīng)離開了地球凌日區(qū)，而剩余的319枚將會在未來5000年內(nèi)進入地球凌日區(qū)。

白色區(qū)域為地球凌日區(qū)在星空中的范圍，右圖為左圖框的局部放大（圖片來源：Astrobiology 2016 16:4, 259-270）

這些天體的種類非常豐富，其中有109顆白矮星、8顆褐矮星和有1917顆恒星，其中有194顆是類似于太陽的G型恒星。現(xiàn)在處在地球凌日區(qū)的1402枚天體中，有128顆G型恒星?，F(xiàn)在，科學家已經(jīng)開始對這1402枚天體附近可能存在的地外文明展開針對性搜索。

在這些天體中，有17顆已經(jīng)被探明的系外行星分布在7顆恒星周圍。其中最引人注目的是Trappist-1，它距離地球40.66光年，擁有7顆地球大小的行星，其中四顆都處在宜居帶中。1642年后，Trappist-1系統(tǒng)將進入地球凌日區(qū)，如果那里存在文明，那時他們就能用凌日法發(fā)現(xiàn)地球。

不過，如果考慮到人類在100年前就開始向宇宙中發(fā)射電磁波，那么Trappist-1所處的位置早已被人類發(fā)射的電磁波淹沒了。人類向宇宙中發(fā)射的電磁波在宇宙中形成了一個半徑100光年的球面，在其中有75顆恒星能用凌星法發(fā)現(xiàn)地球。

外星人發(fā)現(xiàn)我們了嗎？

論文使用的是蓋亞天文衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。它是歐洲航天局于2013發(fā)射的空間望遠鏡，在拉格朗日L2點不斷觀測星空。在這里望遠鏡能盡可能避免地球的影響，不斷檢測星空中的任意天體。僅僅是蓋亞天文衛(wèi)星最近一次釋放的數(shù)據(jù)，就包含了1 811 709 771個目標，每一個都可能是一個或多個天體。而在326光年的較近范圍內(nèi)，就有331 312枚天體，其中92%是恒星。

蓋亞天文衛(wèi)星（圖片來源：Wikipedia）

相較而言，2034并不是一個很大的數(shù)字。畢竟地球凌日區(qū)在天空中的投影只不過窄窄的一圈。對于那些處在地球凌日區(qū)內(nèi)，又處在100光年之內(nèi)能收到人類電磁波的恒星系，論文作者根據(jù)統(tǒng)計經(jīng)驗估計，那里大約分布著29個宜居巖質行星。

不過，天文學家口中的“宜居”并不一定真的適合人類生存。目前，天文學家們還沒有就宜居帶達成共識，按照有些宜居帶的計算方法，熾熱如金星、荒涼如火星，都可能被算作宜居行星。更何況，就算行星的溫度真的宜居，行星上是否含有水也是未知數(shù)，出現(xiàn)生命、產(chǎn)生文明的概率就更低了。所以，這29顆行星上沒有文明發(fā)現(xiàn)我們也是情理之中的事。作者也在論文最后寫道：“對于和地球文明技術水平相近的文明而言，地球還需要相當長的時間才能引起他們的興趣。”

不過，如果不將這些行星看作尋找外星人的去處，而是看作未來的星際殖民地，這些行星則是極佳的去處。它們處在黃道平面附近，這意味著人類可以利用地球公轉和太陽系內(nèi)的引力彈弓效應抵達那里，大幅度減少對燃料的需求。更何況，在現(xiàn)有物理水平限制下，人類在開啟向星辰大海的征途后，往往需要幾代人才能到達這些殖民地。如果以這些星球為落腳點，則那些星際拓荒者的后代們，就能在無盡的茫茫星海中，再瞥一眼這個孕育了他們祖先的星球。

主要參考論文：

http://www.nature.com/articles/s41586-021-03596-y

參考鏈接：

https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ast.2015.1358

http://exoplanet.eu/catalog/

https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2021/05/aa39657-20/aa39657-20.html

https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2021/05/aa39498-20/aa39498-20.html

來源：環(huán)球科學