如果系外行星表面被發(fā)現(xiàn)存在植物，它們可能會和地球上的植物非常不同。一些宇宙生物學(xué)家認為那些星球上的植物顏色或許非常不同，而不一定是綠色。

　　這是加拿大黑云杉林的兩張照片。左側(cè)一張中，太陽位于觀察者背后(后照)，右側(cè)一張中，太陽位于觀察者前方(前照)。

　　據(jù)美國太空網(wǎng)報道，在對外星生命的搜尋中，科學(xué)家們正在開始嘗試跳出單細胞生命結(jié)構(gòu)的限制，去尋找那些多細胞的生物。在最新一期出版的《宇宙生物學(xué)》雜志上，研究人員們發(fā)表了一篇論文，提出了一種獨特的數(shù)學(xué)方法，用以搜尋存在于系外行星表面的樹木類多細胞生物。

　　這項研究的首席作者克里斯多夫·道忒(ChristopherDoughty)說：“這項技術(shù)將允許我們識別出那些可能擁有復(fù)雜高級生命的星系，并將這些生命與簡單生命體區(qū)分開來。”克里斯多夫是英國牛津大學(xué)環(huán)境變化研究院的高級研究員，其研究的方向是熱帶森林。

　　換句話說，科學(xué)家們認為他們能夠觀察一顆遠在太陽系之外，甚至在望遠鏡中也只有一個模糊光點的行星，然后判斷其表面是否存在森林。他們認為這些行星反射的光能夠讓科學(xué)家們識別出這些信息。

　　去除陰影效應(yīng)

　　到目前為止，科學(xué)家們已經(jīng)設(shè)計出多種方法來探測系外行星表面可能存在的生命。

　　一些科學(xué)家主張對系外行星的大氣成分進行探測，重點尋找氧氣的線索，因為在地球上，氧氣主要是植物光合作用的副產(chǎn)品，被視作一種生物“簽名”。另外一些專家則主張對光譜中的“紅邊”信號進行檢測。反射光譜中的“紅邊”特征可以讓研究人員識別出植物進行的光合作用。

　　對地球氣候進行研究時，了解地表的亮度非常關(guān)鍵。而為了確定地表亮度值，首先必須去除由于地表各種結(jié)構(gòu)造成的陰影效應(yīng)。

　　在數(shù)學(xué)上，用于估算陰影效應(yīng)程度的方法是“雙向反射分布函數(shù)”，簡寫為BRDF。它主要描述從不同的角度觀察物體，看到的不同陰影效果。這種方法已經(jīng)在現(xiàn)有的地球衛(wèi)星圖像分析中采用。

　　克里斯多夫解釋說：“想象在一個陽光明媚的日子外出，當太陽高高在上時，你看不到自己的影子。此時如果有人在你的正上方給你拍張照，他就會發(fā)現(xiàn)沒有陰影干擾，圖像亮度高。然后過了幾個小時之后，你就會發(fā)現(xiàn)由于太陽偏西，開始出現(xiàn)影子了?，F(xiàn)在再從你頭頂上給你拍張照片的話，亮度相對就會低一些，因為有了影子的影響。”

　　地球上的樹木在進化中發(fā)展出了傘狀的外形，這是因為長期以來樹木對陽光的競爭，以及對水和營養(yǎng)物質(zhì)的需求所導(dǎo)致的。據(jù)此，研究人員們預(yù)計，如果外星球同樣存在樹木類的生物，并且同樣依賴光和作用，那么出于同樣的理由，它們也必定會進化出傘狀的形態(tài)，并投下陰影。

　　克里斯多夫和研究合作者，來自美國普林斯頓大學(xué)的亞當·沃爾夫(AdamWolf)運用BRDF模型來模擬不同光照角度下行星反光的特征，以及在有無植被覆蓋的情況下行星亮度上將出現(xiàn)的細微差異。研究人員們認為，在一顆擁有森林的行星上，當你的觀察視線和當?shù)?ldquo;太陽”的光照角度一致時，你看到的行星亮度將最大。這一位置內(nèi)稱為“熱點”，因為在這一位置沒有陰影存在。

　　克里斯多夫解釋說：“即便由于分辨率限制，整個系外行星看上去僅僅是一個不足一像素的光點，在某些條件下，在它圍繞恒星公轉(zhuǎn)過程中，如果它表面存在植被，你總能察覺出它出現(xiàn)有特征的亮度變化。”

　　當然還有其他會影響行星亮度的因素，比如是否存在水。一顆被水面或冰面覆蓋的行星，其反射亮度將遠遠大于一顆沒有水或冰面的行星。

　　搜尋生命線索

　　隨著越來越多的系外行星被發(fā)現(xiàn)，學(xué)界對于發(fā)展用以探測類地行星表面生命的技術(shù)越發(fā)感興趣。為了做到這一點，天文學(xué)家們需要依靠找到“生物學(xué)簽名”，即證明這些行星在過去或現(xiàn)在存在生命現(xiàn)象的證據(jù)。

　　除了對氧氣信號的探測，科學(xué)家們還考慮了對行星表面反射光譜進行分析，并從中了解不同波段放射特征的技術(shù)

　　“科學(xué)界現(xiàn)在已經(jīng)有成熟的技術(shù)能在巖石行星的表面尋找生命的化學(xué)線索，但是這需要發(fā)射探測器實際登陸這顆行星表面進行直接取樣檢測才行，就像火星車做的那樣。”南希·蔣(NancyKiang)說。她是美國宇航局戈達德空間技術(shù)研究院的科學(xué)家，主要專業(yè)領(lǐng)域是地球生物氣象學(xué)以及生物地球化學(xué)。“而天文學(xué)上的探測技術(shù)則需要依靠望遠鏡。目前我們對于生物簽名的探索主要依賴對于大氣成分以及地表反射特征的光譜學(xué)信號分析。”

　　但是此次論文中提出的方法與南希所說的，是兩種不同的技術(shù)。

　　克里斯多夫表示：“這種技術(shù)(BRDF)可以區(qū)分出這顆行星上存在的是單細胞生物還是樹木類型的多細胞生物。”

　　而南希則認為這項研究是“一個良好的開端，對于生物簽名的概念是一種原創(chuàng)性的貢獻”。但她也同時指出，運用BRDF函數(shù)方法需要事先知道另一種生物學(xué)簽名，即植物葉片的反射光譜信號，從而允許選擇正確的波段進行函數(shù)計算。

　　南希說：“這種方法將有助于研究人員將復(fù)雜的高級生物體和那些低等生物，如黏菌，區(qū)別開來。”