近10年來，對系外行星的研究已相當(dāng)成熟，在這段時間里，目前已知4000多顆系外行星中的大多數(shù)都被發(fā)現(xiàn)了。也正是在這段時間里，這個過程開始從發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向表征。更重要的是，下一代儀器將能夠研究，揭示大量關(guān)于系外行星的表面和大氣。

這自然提出了一個問題：如果一個足夠先進的外星物種，也正在研究我們的地球，他們會看到什么？利用地球多波長數(shù)據(jù)，加州理工學(xué)院一組科學(xué)家能夠繪制出一幅地圖，描繪出遙遠外星觀察者眼中的地球。

除了解決好奇之癢，這項研究還可以幫助天文學(xué)家在未來重建“類地”系外行星的表面特征。這項名為“地球是一顆系外行星：一幅二維外星地圖”的研究，描述了該研究團隊的發(fā)現(xiàn)，其研究發(fā)表在《科學(xué)》期刊上，并計劃在《天體物理學(xué)雜志快報》上發(fā)表。這項研究由范思騰（音譯）領(lǐng)導(dǎo)，包括來自加州理工學(xué)院地質(zhì)與行星科學(xué)部(GPS)和美國宇航局噴氣推進實驗室的多位研究人員。在尋找太陽系外可能適合居住的行星時，科學(xué)家們被迫采取間接的方法。

鑒于大多數(shù)系外行星無法被直接觀測到，從而了解它們的大氣成分或表面特征(又稱直接成像)科學(xué)家們必須滿足于那些顯示出行星有多“像地球”的跡象。這反映了天文學(xué)家和系外行星研究目前面臨的局限:首先，目前系外行星研究還沒有弄清楚對宜居性的最低要求是什么。有一些提議的標(biāo)準(zhǔn)，但不確定它們是充分的還是必要的。其次，即使有了這些標(biāo)準(zhǔn)，目前的觀測技術(shù)也不能很好地確定宜居性，特別是在類地系外行星上，因為很難發(fā)現(xiàn)和限制它們。

鑒于地球是我們所知唯一一顆有能力支持生命存在的行星，該研究小組的理論是，對地球的遠程觀測可以作為遙遠文明所觀測到宜居系外行星。地球是人類所唯一一顆有生命的行星，研究遙遠觀察者眼中的地球是什么樣子，將為我們找到潛在的宜居系外行星指明方向。地球氣候和地球表面所有生命的最重要因素之一是水循環(huán)，有三個不同的階段。這些包括大氣中水蒸氣的存在，凝結(jié)水和冰粒子云的存在，以及表面水的存在。因此，這些可以被認為是可居住的潛在跡象，甚至是可以從遠處觀察到的生命跡象(即生物特征)。

因此，為了限制系外行星的宜居性，能夠識別系外行星表面特征和云層將是至關(guān)重要的。為了確定地球在遙遠觀測者眼中是什么樣子，研究小組收集了9740張由美國宇航局深空氣候觀測站(DSCOVR)衛(wèi)星拍攝的地球圖像。這些照片是在兩年的時間里，每68到110分鐘拍攝一次，并成功捕捉到從地球大氣層反射回來的多個波長光。然后，將這些圖像組合成一個10點反射光譜，隨著時間的推移繪制出來，然后將其整合到整個地球面上。如果他們在兩年時間里觀察地球的話，這有效地再現(xiàn)了許多光年之外觀察者眼中的地球。

研究發(fā)現(xiàn)，地球光線曲線的第二個主要成分與被照亮半球陸地面積密切相關(guān)(r^2=0.91)，結(jié)合觀察幾何，重構(gòu)地圖成為一個線性回歸問題。通過分析得到的曲線，并與原始圖像進行比較，發(fā)現(xiàn)曲線的哪些參數(shù)與陸地和云層覆蓋相對應(yīng)。再挑選出與陸地面積最密切相關(guān)的參數(shù)，并將其調(diào)整為地球24小時自轉(zhuǎn)，這就給出了一張輪廓圖，從光年之外看，地球光曲線是什么樣的。黑線代表地物參數(shù)，大致對應(yīng)各主要大陸的海岸線。這些是進一步的綠色，以提供一個粗略的代表非洲(中心)，亞洲(右上)，北美和南美(左)，南極洲(底部)。

中間部分代表地球的海洋，較淺的部分用紅色表示，較深的部分用藍色表示。當(dāng)應(yīng)用于遙遠系外行星的光曲線時，這些表征可以讓天文學(xué)家評估系外行星是否有海洋、云層和冰蓋——這些都是“類地”(又稱宜居)系外行星的必要元素。這項研究對光線曲線的分析對于確定系外行星地質(zhì)特征和氣候系統(tǒng)具有重要意義。發(fā)現(xiàn)地球光曲線的變化主要是由云層和陸地/海洋控制，這對地球上的生命至關(guān)重要。因此，具有這種特征的類地系外行星更有可能存在生命。

博科園｜來自：Universe Today

參考期刊《科學(xué)》

DOI: 10.1126/science.aaz1608

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