過去十年間，人類對太陽系外行星的研究已經(jīng)相對成熟，截止目前，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過4000顆系外行星。

這就衍生出了一個問題：如果有另一個先進物種正在研究地球，他們會看到什么？利用地球的多波長數(shù)據(jù)，來自加州理工大學的科學家們?yōu)檫b遠的外星觀測者繪制了一幅地球圖像。

除了滿足好奇心，這項研究還能幫助天文學家尋找和重建“類地球”系外行星的表面特征。

該研究以地球為外行星的角度，繪制了一張二維的地球“外星地圖”，并于近日發(fā)表于《科學》雜志上。

研究人員包括了來自加州理工地質(zhì)學院、行星科學部（GPS）和NASA噴氣推進實驗室的Siteng Fan等人。

當我們在太陽系之外的茫茫星海中尋找潛在的可居住行星時，科學家們被迫采取間接的方法。

因為大多數(shù)系外行星都無法直接觀測到它們的大氣成分或者表面特征，即無法直接成像，因此科學家們認為該系外行星至少要“看著像地球”。

正如Fan所言，這反映了系外行星研究目前不得不面對的局限性：“首先，目前我們還沒有制定對系外行星滿足可居住性的最低要求。雖然已經(jīng)有一些標準，但并不確定它們是否充分且必要。其次，目前的觀測技術也不足以證實某顆行星是否真的具有可居住性?！?/p>

鑒于地球是我們所知的唯一一個能夠維持生命供給的行星，研究團隊認為，對地球的遠程觀測結果可以作為我們尋找可居住外星的參考標準。

Fan說道：“外星人眼中地球的樣子，將為我們找到一個和地球相像的行星指明方向。”

在地球的生命系統(tǒng)中，最重要的就是水循環(huán)。它有三個不同的階段，即水蒸氣、凝結成云和冰粒，以及地表存在水體。

這些存在被認為是宜居的潛在跡象，而且可以遠程觀測到。因此，識別系外行星的表面特征和云層對于識別它們的可居住性便至關重要。

為了確定遠程觀測地球是什么樣子，研究團隊收集了9740張由NASA的深空氣候觀測衛(wèi)星拍攝的地球圖片。在2016至2017年的兩年時間里，每68至110分鐘就會拍攝一次，捕捉來自地球大氣層的多波長反射光。

然后，F(xiàn)an和他的同事將所有圖像結合起來并整合到地球圓盤上，有效地重現(xiàn)了那兩年間地球在外星服務器上呈現(xiàn)的模樣：

圖：S.Fan et al.

研究小組對所得的曲線進行分析，并將其和原始圖像進行比較，以便將曲線中的參數(shù)與地球的陸地和云層一一對應。

在挑選出了關聯(lián)最密切的參數(shù)之后，研究人員將其維度調(diào)整為24小時的地球自轉(zhuǎn)，便得到了一張輪廓圖（如上圖），它就代表了從光年之外所見到的地球的光曲線圖像。

黑線表示地表特征，大致上與各大洲的海岸線相對應。綠色則進一步表示非洲（中）、亞洲（右上）、北美和南美（左）以及南極洲（下）。中央則是海洋，淺的是紅色，深海則是藍色。

當天文學家將這個表示的方法應用于系外行星的光曲線觀測時，就可以評估該行星是否有海洋、云層和冰蓋，而這些都是“類地球”所需的必要元素。

正如Fan所說：“這項工作對于確定外行星的地址特征和氣候系統(tǒng)具有重大的意義。我們發(fā)現(xiàn)，地球光曲線的變化主要是由云和陸地/海洋組成的，因此，擁有同類型特征的系外行星就更有可能承載著生命?！?/p>

在不久的將來，下一代儀器將實現(xiàn)更詳細的外行星調(diào)查，如James Webb太空望遠鏡；而即將上線的超大望遠鏡（ELT）、三十米望遠鏡（TMT）和巨型麥哲倫望遠鏡（GMT）預計將實現(xiàn)對較小的巖石行星的直接成像研究。

加上對地表特征和大氣條件的研究，天文學家最終將能辨認出哪些系外行星具有可居住的條件，哪一些沒有。