沒有最佳海洋環流模式的地球,在遠距離觀測者的眼中是何模樣?

作者：石蘭（抄襲必究）

在剛剛過去的這十年時間裡，對於一定範圍內系外行星的研究，科學家們所掌握的探索技術已相對成熟，實現了從確認目標行星存在、到分析其組成部分的轉變。對於我們這些居住在地球上的生命而言，只要是位於太陽系之外的行星，都可以將其籠統地稱為系外行星。並且，這些系外行星中的一部分，甚至擁有比地球更有利的海洋環流模式，簡而言之，這些系外世界或許比我們腳下的這片土地，更能支持生命的多樣性。倘若此時處於另一顆星球的先進物種，也正在對我們的地球進行研究，那麼，地球在這些地外生命的眼中會是什麼樣子，它是否也是一顆奇怪的行星？

比地球更有利的環流模式

迄今為止，地球仍是宇宙中唯一擁有生命的行星，儘管科學家們已發現的系外行星數以千計。然而，這並不意味著浩瀚的宇宙中沒有其他支持生命的星球，畢竟人類目前可探索宇宙的範圍並沒有達到極限。並且，科學家們還在新的研究中發現，儘管在我們地球上生活的生物形態多種多樣，但並不一定是宇宙中最引人注目的行星。對於地球上的海洋生命而言，光合作用和深海中的養分同等重要，正是海洋中的上升流將養分從深海帶到了有陽光照射的海域。科學家們可由此推論出了一種更有利的海洋環流模式下，即海洋中存在的上升流越多，能夠補給的營養也就越充足，因而能夠實現更多的生物活動。

目前，在對系外行星的探索中，科學家們將目標主要對準那些位於所謂的可居住區域上的行星，因為它們往往都具有一個共同的特點，那就是這顆星球擁有液態海洋的潛力。但我們需要了解一個基本事實，由於每顆星球的全球流通模式不同，所以，並不是所有擁有海洋的行星都適合生命居住，尤其是海洋中的上升流，這種流通模式便是海洋生命演化的關鍵。這個過程可以描述為：海洋表面因為受到風的影響而開始湧動，在此期間所產生的上升流，將深海中營養豐富的水推向了更接近陽光的海域，而那些需要光合作用的生物都在這裡生活。海洋中的浮遊生物，需要營養素才能產生有機化合物，從而為那些更大的生物提供食物來源，我們可以以此類推食物鏈中的各個部分。

當然，處於食物鏈中的成員最終都會死亡，它們分解之後的有機殘骸會再次沉入海底，並在另外的上升流中被捕獲，以再次為其他生命提供食物。上升流就像是造就了一個高效的水下回收系統，多種生物更傾向於在靠近海岸的區域茁壯成長，而那些位於可居住區域的系外行星也不會例外，那些具有更多海洋上升流的行星，便有可能更利於支持生物的多樣性。科學家們在進一步的研究過程中還發現，大陸的存在、更慢的旋轉速率，以及更高的大氣密度會導致產生的上升流速率更高。這樣的結果進一步暗示了，我們的地球可能並不是宇宙中最適合生命居住的地方，這是人類對系外行星海洋學研究的一個重要進步，成為了我們在系外行星上尋找生命的條件之一。

地外生命眼中的地球模樣

正如文始提到的那樣，倘若其他星球上足夠先進的物種正在對我們的地球進行研究，那麼，那些站在遠處的觀察者會構建出一幅怎樣的地球形態？儘管，就目前提出的系外行星可居住性標準而言，我們並不確定這些條件是否足夠或必須，再加上現有觀測技術有限，幾乎難以做到對大多數系外行星進行直接成像，尤其是在對類地行星的探索上仍然具有很大的局限性。因而，地球成為了宇宙中我們已知存在生命的唯一行星，但是，我們可以通過在遠距離上對地球進行觀測，以給予可居住系外行星的更多關鍵提示。比如，地球上擁有三個不同階段的水循環，便是其最重要的氣候元素之一，如果系外行星的大氣中也同樣具有冰粒雲、冷凝水和水蒸氣，那麼這些條件都可以被認為是具有可居住性的潛在跡象。

事實上，要了解行星的可居住性，識別該行星的雲和表面特徵尤為重要，科學家們通過深空氣候觀測站衛星對地球進行了拍攝，以確定遠方觀測者眼中地球的模樣，耗時2年、每間隔68到110分鐘拍攝一次，並在此過程中捕獲的地球大氣反光擁有多個波長。隨後，研究人員將圖像組合為一個反射光譜，並將其整合到了地球的磁碟之上。通過對新曲線和原始圖像的比較，研究人員發現陸地和雲層對應的曲線參數，在將地球的旋轉時間調整為24小時以後，該輪廓圖便由此產生了。其中黑線主要對應的大陸海岸線，是一種表面特徵參數的表現形式，其中以綠色著色的區域則分別代表了南極、南美、北美、亞洲和非洲，而那些間隔之間的部分則代表的是地球上的海洋，紅色的部分表示較淺，而藍色的部分則表示較深。

科學家們可以通過這些類型的表示，將其應用在系外行星的光曲線研究上，以評估該行星是否具有冰蓋、雲和海洋，因為這些都是成為可居住行星的重要元素。在此項具有特殊意義的研究工作中，科學家們對光線曲線的分析，對系外行星的氣候系統和地質特徵的分析都具有裡程碑性的意義。對於地球而言，光線的主要變化都集中在海洋、陸地和雲，而這些條件都是地球生命得以繁衍的重要基礎。所以，當一顆地外行星也同樣具有這些特徵的時候，那麼這顆類地行星就很可能具有支持生命的條件，當科學家們有了更多對於大氣條件和地表特徵的研究經驗之後，便能更加確定對於生命而言，可居住的系外行星到底是什麼樣子。

地球是一個奇怪的星球嗎？

在宇宙中，與太陽類似的恆星軌道周圍，像地球這樣的巖石行星到底有罕見，大概是一個很難回答的問題，但它可能是我們目前已知行星中最奇怪的存在之一。儘管和地球尺寸範圍相當的行星並不少見，但若還需具有繞太陽類似的距離運行，那麼這個數值範圍就開始急劇縮小，就目前已在其他恆星軌道上確認的數千顆行星而言，似乎沒有哪一個星球可以比我們的地球更加特別。當然，這可能與我們現階段尋找同類星球時存在的技術問題有關，目前我們主要是通過陰影和擺動兩種方式對其他恆星周圍的行星進行搜索。所謂的擺動，指的其實就是徑向速度，主要是跟蹤其微妙的前後運動變化。而所謂的尋找陰影，實則是當行星穿過其恆星面時的一個被稱為過境的交叉點。

這兩種情況都具有一個共同點，那就是質量更大行星會比相對更小的行星容易探測到一些。比如，在過境這種方式中，質量較大的行星可以產生一個更大的陰影，並伴隨著恆星光線的減小。在我們的銀河系中存在這樣一個基本情況，該空間中的紅矮星數量會比與太陽類似的恆星更常見，因為我們所發現的小巖石行星，往往都是圍繞著附近的紅矮星運行。但是，這並不意味著其餘數十億太陽一般的恆星，就沒有了自己的空間，它們同樣可以擁有大量的可居住行星在其周圍環繞。而我們太陽系的奇怪之處，並不是到地球就停止了，那些位於更近軌道上的巖石世界和更遠的巨型氣體行星，都是我們目前尚未檢測到的東西。

比如太陽系中的木星，其繞太陽運行一次需要耗費12年的時間，但在其他恆星的周圍，這種長軌道上的木星型行星卻相對比較少見。可能正是因為這樣的特徵，才掃清了地球成為可居住行星的障礙，這樣的巨行星可以通過強烈的引力，覆蓋那些可能撞擊到地球的巖石碎片。我們目前所發現的行星系統，看上去與我們的太陽系並不具有相似性，科學家們需要更多的數據，來確定宇宙中環境和大小都與地球相似的行星存頻率。現在的我們，仍然處於、甚至將長期處於黑暗之中，那些與太陽類似的恆星周圍，或許存在著豐富的類地行星，可能它們才是整個銀河系中真正古怪而神秘的存在，只是這一切的問題都需要足夠的時間來揭曉答案。