理想中的“地球2號”應(yīng)當(dāng)與地球大小相似、質(zhì)量相似、到恒星的距離也相似。目前我們尚未找到這樣的行星，但科學(xué)家正在努力估算宇宙中可能有多少類地行星。令人費(fèi)解的是，如今可用的數(shù)據(jù)很多，得出的結(jié)論卻五花八門。

太陽系八大行星的偏心率、以及近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)之間的差距均有所不同。出現(xiàn)這種結(jié)果并沒有什么特殊原因，只是由太陽系形成時的初始條件導(dǎo)致的。然而，水星等內(nèi)側(cè)行星的凌日概率遠(yuǎn)高于外側(cè)行星。水星每年會發(fā)生4次凌日，且出現(xiàn)“三星一線”的概率將近2%;相比之下，外側(cè)行星每次凌日的間隔時間更長，與地球和太陽剛好連成一條直線的概率也更低。

新浪科技訊 北京時間10月23日消息，據(jù)國外媒體報道，縱觀宇宙，我們可以看到數(shù)萬億個星系，每個星系中都有無數(shù)顆恒星。地球上的生命不僅繁衍昌盛、復(fù)雜多樣，還發(fā)展出了智慧生命、發(fā)明了先進(jìn)的科技，甚至具備了一定的太空飛行能力。但這些技術(shù)都是在近幾十年內(nèi)剛剛出現(xiàn)的，而太空又是如此廣袤無垠。假如有某個外星文明發(fā)現(xiàn)了地球，它們會認(rèn)為地球文明有趣嗎?

地球位于太陽系的所謂宜居帶中，擁有一層薄薄的大氣，因此表面可以維持液態(tài)水的存在?；鹦呛徒鹦强赡芤欢纫参挥谝司訋е校缃窠鹦翘珶?、火星又太冷，均無法讓地球生命繁衍生息。

目前，我們尋找系外星系的方法主要有兩種：

一是“恒星擺動”探測法：圍繞恒星轉(zhuǎn)動的行星會對恒星造成拖曳，因此從觀察者的角度來看，恒星會不斷振動，幫助科學(xué)家確定行星的公轉(zhuǎn)周期和質(zhì)量(取決于行星軌道朝向的不確定性)。

二是“凌日法”：當(dāng)行星從恒星前方穿過時，會阻擋恒星發(fā)出的一部分光線，因此從觀察者的角度來看，恒星的亮度會周期性變暗。

假如有一個足夠先進(jìn)的外星文明從極遠(yuǎn)處觀察地球，并且從它們的方向看來、地球正在從太陽前方穿過，它們就很可能發(fā)現(xiàn)地球上存在生命。

圖為開普勒行星KOI-64的主要凌日曲線(左)和幫助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這顆位于宿主恒星后方的系外行星的曲線(右)。光通量的減少使天文學(xué)家得以發(fā)現(xiàn)行星凌日現(xiàn)象，其它信息則能幫助科學(xué)家了解除了行星半徑和軌道周期之外的其它信息。

由于光速有限，即使是離我們最近的恒星，收到的地球信號也必定來自于幾年前、甚至幾十年前。銀河系中離地球較遠(yuǎn)的恒星只能觀測到地球幾百年前、甚至幾千年前的形貌。而如果觀察者位于某個遙遠(yuǎn)的星系，它們見到的地球更是要追溯到幾百萬年、甚至數(shù)十億年前。然而，外星人可以分析地球凌日時大氣層的譜線，因此即使相隔數(shù)十億光年，也能從中找到地球存在生命的痕跡。

當(dāng)?shù)厍?或任何行星)從太陽前方穿過時，照射到地球表面的陽光便會被擋住，導(dǎo)致太陽的光通量下降;沒有照射到地球的光線則會繼續(xù)前進(jìn)，從恒星傳遞到觀察者眼中，成為背景光;至于那些只接觸到了地球大氣、并未接觸地表的陽光，它們大部分會徑直穿過，但還有一部分會被大氣中的原子與分子吸收。這些原子和分子會被吸收的光線激發(fā)，在大氣光譜中形成吸收譜線或發(fā)射譜線。科學(xué)家在系外行星大氣層中尋找氫原子、氦原子、甚至水分子時，已經(jīng)運(yùn)用了這種技術(shù)。

一顆行星從恒星前方穿過時，部分光線并不會被行星阻擋，反而會從大氣層中透過，形成可以被精密天文臺探測到的吸收譜線或發(fā)射譜線。若大氣中存在有機(jī)分子或大量氧分子，未來也許就能被我們探測到。重要的是，我們不僅要考慮已知的生命痕跡，還要設(shè)想外星生命可能是什么模樣。

假如某個外星文明在過去20億至25億年間曾觀察過地球，就會發(fā)現(xiàn)地球大氣主要由氮?dú)鈽?gòu)成，但也包含大量氧分子。水蒸氣和氬氣在大氣中各占1%，此外還有少量二氧化碳、甲烷、臭氧及其它化合物。

在我們尋找系外行星的過程中，這樣的氣體組成被視為該星球存在生命的重要標(biāo)志。我們知道有幾種無機(jī)途徑可以在行星上產(chǎn)生大量氧氣，但要達(dá)到5%以上的比例，在沒有生命的情況下很難實(shí)現(xiàn)。因此，假如有某個外星文明觀測到了地球的凌日過程，哪怕是在恐龍時代，地球在它們眼中也會顯得極其有趣。

雖然我們并不清楚地球歷史上各個年代的確切大氣組成，但在25億年前，大氣中含有大量甲烷，幾乎沒有氧氣。氧氣出現(xiàn)后，甲烷隨之消失，地球也進(jìn)入了冰河時代。但這些大氣變化是由生物過程推動的。假如能探測到某顆星球的大氣存在被生物改動過的痕跡，就說明該星球上或許存在外星生命。

這是一種搜尋潛在宜居星球的好方法，但只有當(dāng)被觀測行星、該行星圍繞的恒星、以及觀察者所在行星剛好排成一條直線時，該方法才能發(fā)揮作用。正在修建的詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡便計劃利用這種方法、在地球附近的凌日行星上尋找生命存在的跡象。

然而，如果僅依靠凌日法，我們注定會錯過發(fā)現(xiàn)大多數(shù)宜居星球的機(jī)會。哪怕地球離系外行星與系外恒星的連線只偏了一丁點(diǎn)兒，也無法觀察到凌日現(xiàn)象，我們也就無從探測該行星的大氣組成。但也不必為此絕望，因?yàn)槲覀冞€有另一種不需要依賴行星凌日的技術(shù)，名叫直接成像法。

這張哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的可見光照片展現(xiàn)了最近發(fā)現(xiàn)的行星Fomalhaut b圍繞其中央恒星轉(zhuǎn)動的過程。這是我們首次在可見光下觀察到一顆系外行星。但要想發(fā)現(xiàn)系外衛(wèi)星、或智慧外星生命存在的跡象，還需要更先進(jìn)的直接成像技術(shù)。

利用強(qiáng)大的哈勃望遠(yuǎn)鏡(以及后續(xù)發(fā)明的地面自適應(yīng)光學(xué)技術(shù))，我們首次得以直接拍攝系外行星的圖像，并借此觀察到這些行星圍繞恒星旋轉(zhuǎn)的過程。利用日冕儀或遮星儀等儀器，我們可以擋住恒星發(fā)出的光線，僅拍攝我們感興趣的行星的照片。

只要我們愿意等上足夠久，便可以從區(qū)區(qū)一個像素中判斷出某顆星球是否宜居，還能尋找該星球上是否有地球的一些典型特征。通過直接拍攝某顆行星的照片、并記錄不同時刻抵達(dá)的光線波長，我們可以了解到該星球的諸多特性。例如，通過行星的短周期變化和反復(fù)出現(xiàn)的光譜特征，我們可以計算出該行星的軌道周期;從行星的顏色中，我們可以判斷這顆行星表面水、陸地與冰的面積占比，并判斷行星上空是否存在云層。而如果觀測時間超過一年，我們還可以進(jìn)一步了解該行星的軌道性質(zhì)、判斷該行星地表植被是否存在季節(jié)性變化、甚至判斷該行星在夜晚是否會出現(xiàn)人造光源。

“遮星”技術(shù)概念讓我們在下一個10年中便可實(shí)現(xiàn)系外行星的直接成像。這張概念圖描繪了一臺運(yùn)用該技術(shù)的望遠(yuǎn)鏡。擋住恒星的光線后，我們便可更好地拍攝圍繞該恒星轉(zhuǎn)動的行星。

對于100光年以內(nèi)的觀察者而言，只要運(yùn)用足夠大、性能足夠優(yōu)良的望遠(yuǎn)鏡，便可觀測到微弱的人造光。通過發(fā)明人造光源，人類成功擊潰了黑暗，堪稱一項(xiàng)偉大的技術(shù)成就。但與此同時，動植物及其它生物數(shù)十億年來適應(yīng)的天然黑暗環(huán)境正在逐漸流失，算是我們?nèi)〉眠@一成就所付出的代價。

然而，我們通常不會考慮到這些人造光源帶來的另一種好處：人類使地球的天然外觀發(fā)生了改變，因此只要有某個智慧程度足夠高的外星物種觀察到地球，便可推斷出地球上存在一種有能力改變星球的物種。當(dāng)然，這并不算板上釘釘?shù)淖C據(jù)，但這種跡象是一種強(qiáng)烈的暗示，說明該行星不僅宜居、而且已經(jīng)出現(xiàn)了一種掌握先進(jìn)技術(shù)的智慧生命。

這張合成圖顯示了地球各地區(qū)夜間的人造光照明效果。該圖在1994至1995年間收集的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上制作而成，在此之后的25年間，人類夜間在地球上點(diǎn)亮的光源增加了將近兩倍。我們已經(jīng)征服了黑夜，但也付出了巨大的環(huán)境代價。利用足夠先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡，外星文明便可探測到這些人造光，并據(jù)此推測出地球上存在智慧生命。

由于我們從未在宇宙中找到過其它生命，我們只能推測某顆宜居行星上出現(xiàn)生命的概率有多大。銀河系中也許有數(shù)十億顆擁有生命的行星，也可能只有地球一個;也許很多行星上都有延續(xù)了數(shù)百萬年、甚至數(shù)十億年的生命，也可能地球便是生命的唯一歸宿;銀河系中也許有成千上萬具備太空飛行能力的外星物種，也可能人類便是整個可見宇宙中最先進(jìn)的生物。在真正發(fā)現(xiàn)外星生物之前，我們只能不斷猜測、不斷添加限制條件。

我們在搜尋外星文明時，主要是尋找一些特定信號，如大氣組成、地表特征、衛(wèi)星和飛船、甚至是特意發(fā)出的FM射電波等等。而地球發(fā)出的這些信號也可能使我們被先進(jìn)的地外文明探測到。哪怕相距極遠(yuǎn)，外星生命也能判斷出地球是一顆宜居星球。但必須離得足夠近、能夠觀察到地球相對較新的狀態(tài)，外星生命才能發(fā)現(xiàn)地球上生活著一類掌握了先進(jìn)科技的物種。

左側(cè)為DSCOVR-EPIC照相機(jī)拍攝的地球照片。右側(cè)為同一張照片像素降低到3×3的效果，類似于研究人員在未來觀察系外行星時見到的情況。

圍繞恒星HR 8799旋轉(zhuǎn)的已知有四顆行星，每顆質(zhì)量都勝過木星。這些行星都是在七年間利用直接成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)的，其公轉(zhuǎn)周期從數(shù)十年到數(shù)百年不等。就像太陽系一樣，內(nèi)側(cè)行星的公轉(zhuǎn)速度更快，外側(cè)行星則更慢，這也符合引力規(guī)律。借助WST、GMT和ELT等下一代望遠(yuǎn)鏡，我們或許能對附近的類地行星或超級類地行星開展進(jìn)一步偵測。

盡管宇宙中的大部分星系都位于數(shù)十億光年之外，但就在地球方圓幾百光年之內(nèi)，也分布著無數(shù)顆恒星。這就意味著成百上千萬顆行星、成百上千萬存在生命的可能性、甚至成百上千萬發(fā)現(xiàn)智慧外星生命的可能性。哪怕其中有一顆星球上存在生命，遙遠(yuǎn)的空間距離也無法阻止我們對其展開研究，就像它們也會對我們展開研究一樣。

光速或許是一大限制因素，但假以時日，人類對地球的影響遲早會被某個星系中的某個外星物種注意到。雙方也許無法很快進(jìn)行交流，但哪怕只發(fā)現(xiàn)一種外星生命，都會徹底改變我們對“存在”的理解。真希望那一天趕緊到來!(葉子)