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天文学家称:系外行星大量发现,寻找外星文明进入新阶段

2020/6/30 13:37:01 来源:原创 浏览:

迄今为止,宇航员在3085个恒星系统中发现了4164个外行星,另外的5347个还在等待确认。有这么多可供研究的行星,研究者可以用新的限制条件确定行星适宜居住的可能性。事实上,最新的估计说单独银河系就可能有60亿!可以看到,这些发现重新点燃了搜索地外智慧生物的兴趣。

但是,尽管对宜居行星的研究关注的是寻找生命过程(生命信号)的证据,历史上,搜索地外智慧生物关注的是科技活动(科技信号)。在NASA的授权下,来自哈佛史密松天体物理中心和罗彻斯特大学的研究者正为新的研究做准备,该新研究将会寻找不同类型的潜在科技信号。

传统上,科技信号搜寻涉及到用射电望远镜搜索银河系、寻找人工无线电信号的证据,因为无线电波是沟通的方式。新的研究,“描述大气的科技信号”,将会寻找另外两个经过时间检验的、经证实的科技活动的证据——太阳能电池板和污染物。

人类活动是空气污染的主要来源,其中大部分来源于工业化进程。搜索外星生命的研究的信念是,虽然生命可能以不同的形式出现,科学原理(比如那些支配科技应用的原理)是统一的。因此,那些对人类有用的科技,其它智慧生物也可能发现这些科技的用处。就像哈佛大学理学教授小弗兰克·贝尔德在CfA新闻发布中说的那样:

“和先进外星科技信号有关的科技信号相似于、也可能超越了我们掌握的科技。这种信号可能包括大气的工业污染、城市灯光、光伏电池(太阳能电池板)、大型建筑、或卫星群。”

太阳能电池板是一种迅速发展的收集可持续能源的方法,按照常理,其它处于后工业发展水平的先进的文明将会视其为生产能源的可用的替代方法。不管是在什么地方查找信号还是查找什么东西,查找科技信号对SETI的研究者始终是一个挑战。


然而,当涉及到他们的研究时,洛布和他的同事有一些工作参数。他们的工作建立在以前的研究基础上,特别是2014年的一项研究(“探测类地系外行星大气中的工业污染”),这项研究是洛布共同撰写并指导的。在这项研究中,研究小组试图确定人为污染物作为潜在的技术特征,他们的目标是重点关注碳氟化合物(CFCs)。

碳氟化合物造成的臭氧层空洞的可视化图。来源:NPP OMPS/SSAI/Aura OMI/Suomi NPP/NASAAA/DoD具体来说,这个团队专注观测于四氟化碳(CF4)和三氯氟甲烷(CCl3F),这是最容易检测到的碳氟化合物(CFCs) ,因为他们的吸收特性在即将到来的詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)光谱范围内——该望远镜预期将于明年运行。

在寻找生物特征时,科学家们经常在行星大气中寻找与生命有关的化学物质。近年来,我们的仪器和方法有了很大的改进,目前的望远镜能够直接从系外行星的大气中获取光谱——特别是当下一代望远镜,如特大型望远镜(ELT)和南希格蕾丝罗曼太空望远镜投入使用时。宾夕法尼亚州立大学天文学和物理学教授杰森·赖特说:“我们在了解如何从其他星球的大气中探测到生命方面取得了很大的进展。”除了发现由生命自然产生的化学物质(如甲烷),天文学家还可以发现人工产生的化学物质和气体(如通过工业方法)。洛布说:“我们的工业活动污染了地球的大气。如果另一个文明在这方面的时间比我们长得多,那么他们星球的大气层可能会显示出人造分子的迹象,而这些分子是不太可能由自然自发产生的,比如碳氟化合物(CFCs)。

艺术家构想的太空太阳能板阵列。来源:Credit NASA/SAIC

此外还有使用太阳能电池板产生的迹象。在这种情况下,之前由洛布和马纳斯维·林加姆(佛罗里达理工学院天文学助理教授)进行的研究开始发挥作用。正如阿维·洛布通过电子邮件向《天文在线》解释的那样:

太阳能电池板吸收一定波长的光,然后反射其余的光。这导致了其反射光的光谱边缘,它与植被产生的“红色光谱边缘”有显著区别。通过观察一颗行星表面反射的光,你可以判断它是否覆盖了太阳能电池板。

这样的太阳能电池板对潮汐锁定的行星尤其有用,这些行星一直是固定的一侧朝向母恒星。一个文明可能会想把太阳能电池板安装在一直朝向恒星的昼半球,然后用那里收集的能量照亮和加热寒冷的夜半球。”

过去,由于科学家们不知道寻找技术特征的方向,这项工作一直很困难。这反过来也使这些研究人员难以获得资金,难以在主流天文学界立足。然而,近年来系外行星的发现量激增,其中许多星球的轨道在恒星宜居带内,并且具有大气水蒸气。这些发现为寻找智慧生命注入了新的活力。

克拉克带(Clarke exobelt)的艺术想象图,以Sir Arthur C. Clarke的肖像为背景。来源:Caro Waro(@carwaro)

罗切斯特大学物理学和天文学教授,资金的主要接受者Adam Frank称:“地外文明探索(SETI)一直面临着一个挑战,就是不知道要向何处寻找,不知道望远镜要指向哪些恒星来寻找信号。而现在不同了,我们有数以千计的系外行星,其中许多处于宜居带,生命可以在那里形成。游戏规则已经改变了。”

Loeb、Frank、Wright与佛罗里达理工学院的Mansavi Lingam、Blue Marble Space的Jacob Haqq-Misra一起工作。除了寻找太阳能板的使用和污染物的迹象,该团队还希望找到行星和恒星周围的卫星群(又被称为“Clarke Belts”)、巨型建筑和人工引力的迹象。

Loeb称,这些信号是可以用标准的地面和太空望远镜探测到的。假以时日,他和他的同事们希望产出第一批记录,并最终成为一个在线技术特征库。

关于他们的研究中提出的许多问题,包括最近关于太阳系是否被外星探测器访问的疑问,可以参阅Loeb教授即将出版的书《外星:地球以外智慧生命的第一个迹象》。

作者:MATT WILLIAMS

FY:Astronomical volunteer team

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Luthiel:这么远,正常来说连个像素点都看不见吧?

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