外星人会如何发现地球?

在科幻作品中,常常有外星人到访地球,并与地球人发生各种各样的互动。不过如果外星人所处观测位置不佳,并非任何时刻都能看到地球:如果地球恰好被太阳遮挡,显然是不可能被看到的。

在科幻作品中,常常有外星人到访地球,并与地球人发生各种各样的互动。然而即便外星科技再如何发达,遥远的星际航行也必定代价不菲(起码需要非常长的时间),如果不事先对地球有所了解,是很难下定决心成行的。所以就存在一个技术问题:对于外星智慧生命,他们该如何在不亲自到达地球的情况下,判断地球上是否有智慧生命,及其科技发展的程度呢?

外星人会如何发现地球?

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首先,有了高级天文望远镜的外星文明应该不难发现太阳,并尝试寻找太阳系内的行星。不过如果外星人所处观测位置不佳,并非任何时刻都能看到地球:如果地球恰好被太阳遮挡,显然是不可能被看到的。另外如果地球恰好转到了太阳正前方,那么很可能会被太阳的光芒掩盖,也是很难辨认的。然而地球的公转轨道远远大于太阳半径,并无法永远藏身于太阳之下。技术与耐心都足够的外星人,终究可以等到一个地球位于太阳侧面的合适时机,直接看到地球的存在。这和我们地球人观测水星有点相似,如下图所示,当水星在地球上看来处于东西大距的时候,是最适合观测的时候。

外星人会如何发现地球?

水星的东大距与西大距

假如外星人看到了地球,他们第一眼就可以发现地球是蓝色的,并一定能够知道这是水的颜色(水是宇宙中第三多的分子)。假如他们的望远镜足够强大,也许可以观察到地球上蜿蜒曲折的海岸线,强烈意味着水极有可能是液态的。根据物理原理,液态水的存在很容易把所处环境的温度和气压确定在一个很小的范围内。他们甚至有可能观察到云层变幻等气象活动,进一步缩小温度和气压的范围。总之,液态水的存在,强烈的表明地球的环境或许十分适合碳基生命居住。

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另外,通过分析地球大气的光谱信息,外星天体物理学家可以发现地球大气中氧气的含量多达五分之一,简直高的异乎寻常。氧是宇宙中第三多的元素(仅次于氢和氦),但氧气的化学性质活泼,极易与其他元素化合,难以单独存在。比如火星和金星,甚至早期的地球,其大气中绝大部分成分都是二氧化碳,氧气的含量十分稀少。今日地球大气中如此高的氧气比例,完全是地球生命光合作用的结果。

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如此不同寻常的氧气含量,相信很难不引起聪明的外星人注意。并且他们可以发现地球上的氧气含量可以在很长一段时间内保持稳定。鉴于氧气的消耗速度是如此之快,稳定的氧气含量就意味着氧气的产生速度与消耗速度几乎一致,故一定有什么机制可以大量的产生氧气。如果外星人了解光合作用,也许会据此推测出地球上很可能存在光合作用生物。不过究竟仅仅只是一堆单细胞蓝藻,或是存在更高等的智慧生物,就需要进一步研究才能确定了。

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如果外星人能够观察到夜间的地球,也许可以从光谱信号中得到人类照明光源的信息。比如城市里最常用的路灯为高压钠灯,从其光谱中就可以观测到钠元素的特征信号。这种发光很难说是在没有生命活动的情况下自发产生的。然而即便外星人能够确定这些光来源于地球生物,也很难分辨究竟是来自于电能还是生物能——地球上很多生物都可以发光,甚至像电影《阿凡达》中那般多姿多彩的发光生物在理论上也并非没有存在的可能。不过两者之前还是有所区别的:人类的夜间光源大部分产自城市,总体呈现极不均匀的零散点状分布,很难想象非智慧生物的发光会形成如此的状态。对光源的分布做进一步的研究也许是必要的,但这无疑将对外星工程师的技术水平提出更高的挑战。

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一些人类活动也可能会留下痕迹,人类活动产生的硫酸、碳酸、硝酸,或者燃烧化石燃料产生的其他成分,也都有可能被外星人从地球大气光谱中探测到。如果外星文明已经实现了可控核聚变,他们很可能会嘲笑我们这种落后的高污染的生产方式。此外,地表的核武器爆炸也可能被注意到。也许遥远的外星观测者很难将其与火山爆发或者小行星撞击区分开来,但如果他们的检测手段足够灵敏,也许可以在爆炸发生后很短时间内,观察到地球大气中某些放射性元素异乎寻常的增长。如果他们也掌握了核武器,就一定明白这意味着什么。所幸今日已经没有哪个政权会在大气层内进行核试验了(虽然地下核试验仍旧难以全面禁止),无论动机如何,必定是一件在各种意义上都有利于人类和平的事情。

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光学波段之外,也有其他的频段的信号可供外星文明探测。每当人类使用手机,电台或者卫星通讯时,都会向宇宙发射射频信号。如果外星人建造了类似于我国贵州山区的FAST这种超大型射电望远镜,并在射电波段观察太阳系,就会发现地球比太阳还要“亮”。意味着这里肯定发生了一些不同寻常的事情——小型岩质行星在正常情况下,几乎不会发射任何射电信号。

FAST射电望远镜

即便如此,外星科学家也许会绞尽脑汁思考这些信号是不是由于某种未知机制导致的,不见得就认同这里存在科技文明。且地球也并非太阳系内唯一的大型射电源。如果外星科学家比较马虎,也许会把这些信号归结于木星并草草了事。若因此使得外星舰队错失了侵略地球的绝佳时机,那个粗心的家伙也许会成为外星的千古罪人吧。

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作为总结,我们人类对于宇宙探索的好奇心是永不停止的,相信外星的智慧生命亦然。从目前的数据推测,仅银河系就约有400亿颗类地行星。虽然细节不同,但很多类地行星在整体上与地球十分相似,外星文明的存在并非不可能。基于上面的种种方式,也许地球文明有朝一日终究会被外星智慧生命找到。如果真的有那一天,比起被动的被人找到,笔者觉得还是由我们主动发现别人更好一些。

至于一些文学作品中提出的所谓“黑暗森林”法则,这种“法则”是否成立,可以留待各位读者思考。

参考资料:

1.《天体物理概率》向守平 著, 中国科学技术大学出版社,2008

2.《给忙碌者的天体物理学》[美]尼尔·德格拉斯·泰森(NeildeGrasse Tyson)著,孙正凡译,北京联合出版公司,2018

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