Question

假如有外星人在看地球，那么地球在他们眼中是什么样？

Answer 1

近10年来，对系外行星的研究已相当成熟，在这段时间里，目前已知4000多颗系外行星中的大多数都被发现了。也正是在这段时间里，这个过程开始从发现转向表征。更重要的是，下一代仪器将能够研究，揭示大量关于系外行星的表面和大气。这自然提出了一个问题：如果一个足够先进的外星物种，也正在研究我们的地球，他们会看到什么？利用地球多波长数据，加州理工学院一组科学家能够绘制出一幅地图，描绘出遥远外星观察者眼中的地球。

除了解决好奇之痒，这项研究还可以帮助天文学家在未来重建“类地”系外行星的表面特征。这项名为“地球是一颗系外行星：一幅二维外星地图”的研究，描述了该研究团队的发现，其研究发表在《科学》期刊上，并计划在《天体物理学杂志快报》上发表。

这项研究由范思腾（音译）领导，包括来自加州理工学院地质与行星科学部(GPS)和美国宇航局喷气推进实验室的多位研究人员。在寻找太阳系外可能适合居住的行星时，科学家们被迫采取间接的方法。

鉴于大多数系外行星无法被直接观测到，从而了解它们的大气成分或表面特征(又称直接成像)科学家们必须满足于那些显示出行星有多“像地球”的迹象。这反映了天文学家和系外行星研究目前面临的局限:首先，目前系外行星研究还没有弄清楚对宜居性的最低要求是什么。有一些提议的标准，但不确定它们是充分的还是必要的。其次，即使有了这些标准，目前的观测技术也不能很好地确定宜居性，特别是在类地系外行星上，因为很难发现和限制它们。

鉴于地球是我们所知唯一一颗有能力支持生命存在的行星，该研究小组的理论是，对地球的远程观测可以作为遥远文明所观测到宜居系外行星。地球是人类所唯一一颗有生命的行星，研究遥远观察者眼中的地球是什么样子，将为我们找到潜在的宜居系外行星指明方向。地球气候和地球表面所有生命的最重要因素之一是水循环，有三个不同的阶段。这些包括大气中水蒸气的存在，凝结水和冰粒子云的存在，以及表面水的存在。因此，这些可以被认为是可居住的潜在迹象，甚至是可以从远处观察到的生命迹象(即生物特征)。

因此，为了限制系外行星的宜居性，能够识别系外行星表面特征和云层将是至关重要的。为了确定地球在遥远观测者眼中是什么样子，研究小组收集了9740张由美国宇航局深空气候观测站(DSCOVR)卫星拍摄的地球图像。这些照片是在两年的时间里，每68到110分钟拍摄一次，并成功捕捉到从地球大气层反射回来的多个波长光。然后，将这些图像组合成一个10点反射光谱，随着时间的推移绘制出来，然后将其整合到整个地球面上。如果他们在两年时间里观察地球的话，这有效地再现了许多光年之外观察者眼中的地球。

研究发现，地球光线曲线的第二个主要成分与被照亮半球陆地面积密切相关(r^2=0.91)，结合观察几何，重构地图成为一个线性回归问题。通过分析得到的曲线，并与原始图像进行比较，发现曲线的哪些参数与陆地和云层覆盖相对应。再挑选出与陆地面积最密切相关的参数，并将其调整为地球24小时自转，这就给出了一张轮廓图，从光年之外看，地球光曲线是什么样的。黑线代表地物参数，大致对应各主要大陆的海岸线。这些是进一步的绿色，以提供一个粗略的代表非洲(中心)，亚洲(右上)，北美和南美(左)，南极洲(底部)。

中间部分代表地球的海洋，较浅的部分用红色表示，较深的部分用蓝色表示。当应用于遥远系外行星的光曲线时，这些表征可以让天文学家评估系外行星是否有海洋、云层和冰盖——这些都是“类地”(又称宜居)系外行星的必要元素。这项研究对光线曲线的分析对于确定系外行星地质特征和气候系统具有重要意义。发现地球光曲线的变化主要是由云层和陆地/海洋控制，这对地球上的生命至关重要。因此，具有这种特征的类地系外行星更有可能存在生命。