圖片來源：OpenSpace/American Museum of Natural History

無論是爲了尋找外星文明，還是搜索可能的星際殖民地，我們一直都在探測系外行星。但如果將視角倒轉過來，茫茫宇宙中，又有哪些地方能發現我們小小地球上的人類文明呢？

撰文|王昱

審校|吳非

根據太陽系外行星百科全書（The Extrasolar Planets Encyclopaedia）的統計，截至今天，人類已經發現了4776顆系外行星。在未來，人類還將發現更多系外行星。不過卻很少有人估計，無垠宇宙中，在哪些地方可以看到我們的小小地球，發現萌芽中的人類文明。

上週，麗莎·卡爾特內格（Lisa Kaltenegger）和傑奎琳·法赫蒂（‪Jacqueline K Faherty）在《自然》雜誌上發表論文，她們利用蓋亞天文衛星（Gaia Astrometry Satellite）的數據，發現從5000年前到5000年後，在326光年（相當於100秒差距）的範圍內，有2034枚天體所在的位置能通過凌星法發現地球。

凌星法

如果存在地外文明，我們通常估計他們的技術水平至少和我們平齊。那麼，他們用凌星法來尋找地球也是預料之內的事。

上世紀90年代至今發現的系外行星數量統計（數據來源：The Extrasolar Planets Encyclopaedia）

如果系外行星繞轉恆星的平面側對我們，那麼當系外行星轉到恆星面前時，就會擋住一部分星光，造成亮度下降，從而我們就能發現那顆系外行星。1999年，天文學家傑弗裏·馬西（Geoffrey Marcy）首次用這種方法發現了系外行星HD 209458 b。隨後的20多年中，凌星法成爲了人類尋找系外行星的主要手段，人類目前確認的4776顆系外行星中，有3426顆是通過凌星法發現的。

凌星法示意圖。在行星轉到恆星前時，會擋住星光，使我們監測到的亮度變暗。（圖片來源：Wikipedia）

用凌星法尋找系外行星存在一個顯著的優勢：當行星遮擋恆星時，恆星發出的光會穿透行星大氣層，從而對恆星光譜產生一定改變，我們由此能分析行星大氣所含的元素種類。如果考慮到這一點，其他文明可能在超過20億年前的“大氧化事件”發生時，就能發現地球大氣中突然出現了大量不穩定的氧氣，從而推斷出地球上有生命在進行光合作用。當然，這僅僅是能確定地球上存在生命而已。如果想發現地球上的人類文明，還是要在最近的1萬年間觀測到地球。

這種方法也存在一個巨大的限制，它要求系外行星的公轉平面側對我們，否則系外行星就不會遮擋它的宿主恆星。反過來，如果想讓其他星能看到地球，那麼這些星就必須處在黃道平面（地球繞太陽公轉的平面）附近。而這個區域在星空中的投影，就被稱爲地球凌日區（Earth transit zone，ETZ），大約只有0.5°寬。只有在地球凌日區內，纔有機會能用凌星法發現地球。

凌星法示意圖，只有在𝜑ETZ範圍內才能用凌星法看到地球，𝜑ETZ約爲0.5° （圖片來源：Astrobiology 2016 16：4， 259-270）

在哪裏能看到地球？

雖然在人一生的時間尺度內，星空似乎都是一成不變的，但如果將時間拉長，夜空中的天體都是在不斷運動的。論文公佈的2034枚天體中，有1402枚正處在地球凌日區內，有313枚天體已經離開了地球凌日區，而剩餘的319枚將會在未來5000年內進入地球凌日區。

白色區域爲地球凌日區在星空中的範圍，右圖爲左圖框的局部放大（圖片來源：Astrobiology 2016 16：4， 259-270）

這些天體的種類非常豐富，其中有109顆白矮星、8顆褐矮星和有1917顆恆星，其中有194顆是類似於太陽的G型恆星。現在處在地球凌日區的1402枚天體中，有128顆G型恆星。現在，科學家已經開始對這1402枚天體附近可能存在的地外文明展開針對性搜索。

在這些天體中，有17顆已經被探明的系外行星分佈在7顆恆星周圍。其中最引人注目的是Trappist-1，它距離地球40.66光年，擁有7顆地球大小的行星，其中四顆都處在宜居帶中。1642年後，Trappist-1系統將進入地球凌日區，如果那裏存在文明，那時他們就能用凌日法發現地球。

不過，如果考慮到人類在100年前就開始向宇宙中發射電磁波，那麼Trappist-1所處的位置早已被人類發射的電磁波淹沒了。人類向宇宙中發射的電磁波在宇宙中形成了一個半徑100光年的球面，在其中有75顆恆星能用凌星法發現地球。

外星人發現我們了嗎？

論文使用的是蓋亞天文衛星的數據。它是歐洲航天局於2013發射的空間望遠鏡，在拉格朗日L2點不斷觀測星空。在這裏望遠鏡能儘可能避免地球的影響，不斷檢測星空中的任意天體。僅僅是蓋亞天文衛星最近一次釋放的數據，就包含了1 811 709 771個目標，每一個都可能是一個或多個天體。而在326光年的較近範圍內，就有331 312枚天體，其中92%是恆星。

　蓋亞天文衛星（圖片來源：Wikipedia）

相較而言，2034並不是一個很大的數字。畢竟地球凌日區在天空中的投影只不過窄窄的一圈。對於那些處在地球凌日區內，又處在100光年之內能收到人類電磁波的恆星系，論文作者根據統計經驗估計，那裏大約分佈着29個宜居巖質行星。

不過，天文學家口中的“宜居”並不一定真的適合人類生存。目前，天文學家們還沒有就宜居帶達成共識，按照有些宜居帶的計算方法，熾熱如金星、荒涼如火星，都可能被算作宜居行星。更何況，就算行星的溫度真的宜居，行星上是否含有水也是未知數，出現生命、產生文明的概率就更低了。所以，這29顆行星上沒有文明發現我們也是情理之中的事。作者也在論文最後寫道：“對於和地球文明技術水平相近的文明而言，地球還需要相當長的時間才能引起他們的興趣。”

不過，如果不將這些行星看作尋找外星人的去處，而是看作未來的星際殖民地，這些行星則是極佳的去處。它們處在黃道平面附近，這意味着人類可以利用地球公轉和太陽系內的引力彈弓效應抵達那裏，大幅度減少對燃料的需求。更何況，在現有物理水平限制下，人類在開啓向星辰大海的征途後，往往需要幾代人才能到達這些殖民地。如果以這些星球爲落腳點，則那些星際拓荒者的後代們，就能在無盡的茫茫星海中，再瞥一眼這個孕育了他們祖先的星球。