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聊點科學——尋找生命的痕跡(2)

(2023-11-08 02:11:02) 下一個

居者有其屋。地球,當然是人類的屋。

所以生命的存在,第一要有類似地球這樣一個實體行星。第二?提供生命得以延續或者說屬於生命一部分的,水,而且要液體水。液體水存在的條件,是Planet既不能和它的星體離太遠,也不能太近。

太陽係是很好的例子。

我們的地球軌道,恰恰在Mars和Venus中間,相對來說,離太陽更近的Venus在保持地球表麵溫度方麵起著更重要的作用,它的存在的使地球可以被臭氧層包圍。同時,如果地球軌道離太陽更近一些,則臭氧層溫度會過高,地球上的液體水將被大量蒸發掉,遠一點,那地球會溫度過低以至於慢慢結冰,最終變成一個冰球。

現在這樣,是不是也算人類運氣?地球上恰好有適量的液體,氣體和固體水。各種生物活動過程中產生的二氧化碳使地球散熱沒那麽快的同時,又把射到地球上的太陽光擋一下,使地表溫度沒那麽高,也就是常說的溫室效應。印象裏溫室效應好像在媒體裏出現大多是貶義,其實它很重要的。溫室效應使地表平均溫度保持在15°C,而理論計算結果是,如果沒有溫室效應,地表不會高於 -18°C。

同時已知的數據顯示,地球慢慢在演化的過程中,地表經曆過極嚴寒時期,如果沒有溫室效應,地球後來是不能保證合適生命存在的環境的。

人類是智慧生物,當然有邏輯有猜想。尋找生命的痕跡,總要有個大概的方向,不能閉眼瞎蒙。和我們處理日常中的麻煩一樣的,做決定或者選擇,多少拿點根據出來,自己的經驗也好,從別人那裏學來的知識也好。

二項分布?沒人想50-50的,不然哪裏來的上中下策之分。

如果一個行星上有生命體,最直接的猜測是,那麽當然它的表麵:1,有液體水。2,有合適的氣溫和氣壓。3,已經存在了幾十億年,從而使生命體有足夠的時間空間演變進化。

太多條件要滿足了。

很難啊?當然。生個孩子還要10月懷胎呢,中間哪一天不是提心吊膽?

這條路路先不說通不通,難走是一定的,退回來試試(很正常的科學實驗思路)。假設一個行星上有生命體,無論現在時還是完成時,那麽這些生命體不可能不留下痕跡,比如不是自然界能生成的甲烷的發現。因此,如果能了解行星周圍的大氣層成分,會是一個很好的indicator。

兩個陌生人,相遇相識相知有多大可能?千萬年之中,千萬人之中?

更不要說慢慢3時空中的兩個星球了。作為地球人,去找第二個有生命體的星球,沒理由相信成功的可能比兩個都活在同一個地球上的人相遇更容易。

不過呢,如果刻意,那會很大增加可能性的。嗯,條件概率。

刻意的意思,是使用特別方法,智慧生物人想出來的策略是,把觀測集合縮小,控製樣本空間。說好聽點叫科學,通俗點叫直覺。

剩下的就是在選好的樣本空間努力了。

也就是理論的幫助。當行星剛好通過它的星體正中時,其大氣層會吞掉一部分星體的光,通過光譜分析,有可能得到大氣層中各元素的成分。

這個方法被稱為transit method,到目前為止,大部分exoplanet都是通過這個方法發現的。

樣本量再縮小。

Focused on所有這些行星裏,和地球相似度最大的那個。那種大氣層包括水,氧氣,甲烷,臭氧的行星——它們(應該)會有更高的概率有生命體。

人和人還不是一樣。聊得來的,大半有類似的生活經曆,共同感興趣的話題,恨我所恨愛我所愛,知己知彼,不宣也能心照。

接著還要,(最好)和地球差不多大體積。

難度就是,地球那麽大的exoplanet太難被發現了,倒退50年是不敢想的。感謝技術進步和人類智慧積累,造出的天文望遠鏡越來越大,功率越來越高,發現exoplanet難當然還是很難,不過已經不是不可能。

比如利用現在正當紅的James-Webb-Telescope(JWT)。注意到這個蜂巢形圖案了?二維空間拚接最節約邊界材料的方式。

小學的知識了。

三維空間無縫隙拚接的保證截麵最小的那個幾何體,叫tetrakaidecahedron,我跟它鬥了好幾年。

JWT是第一個可以在紅外光驅範圍工作的望遠鏡,可以分析捕捉遙遠星體,具體說是捕捉星體周圍的大氣成分,特別是臭氧。

臭氧和甲烷一樣,不是自然界自己生成的,因此,它的存在也是生命體的存在的一個indicator。

安裝在JWT上的特殊相機,可以濾掉行星星體的光,隻留下行星的光波,也就是直接觀測exoplanet和它的大氣層。

哪些exoplanet是JWT的目標?這些。

Transiting Exoplanet Survey Satellite(TESS)是NASA的另外一個空間天文望遠鏡,在2018年4月18號升空,搜索空間範圍是它的前輩Kepler Mission的400倍。到2022年11月5日,TESS已經識別出5,969顆exoplanet,其中268顆得到確認。

看上去很一般啊。當然,最好的電鏡長得也一般啊,但是,其中的隨便一毫米材料你拿掉試試?

剩下的工作,是由JWT對這268顆行星的大氣層成分進行分析。

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