外星植物的颜色

　　不同的恒星，甚至不同年龄阶段的同一颗恒星，发出的光线也会有所不同。吸收不同光线的光合生物，将会拥有不同的光合色素，进而呈现出不同的颜色。

　　除了特殊情况，任何行星上的光合色素都会遵从相同的规律：倾向于吸收数量最多、在可利用范围内的波长最短(携带的能量最多)或波长最长的光子。为了弄清楚恒星类型如何决定植物的颜色，科学家们开始收集恒星、行星以及生物学等多方面的证据。

　　美国加利福尼亚大学伯克利分校的恒星天文学家马丁•科恩(Martin Cohen)收集了一系列恒星的数据，包括一颗 F型恒星(牧夫座σ星)、一颗K型恒星(波江座ε星)、一颗散发耀眼光芒、处于活跃期的M型恒星(狮子座AD星)，还考虑了一颗假想的、处于宁静期的M型恒星(温度为3,100 K)。针对这些恒星宜居带内的类地行星，墨西哥国立自治大学的天文学家安蒂戈纳•塞古拉(Antigona Segura)进行了计算机模拟试验。他利用美国亚利桑那大学亚历山大•巴甫洛夫(Alexander Pavlov)和宾夕法尼亚州立大学詹姆斯•卡斯丁(James Kasting)建立的模型，研究了恒星光线和行星大气可能成分(假设行星上的火山放出的气体同地球火山一样多)之间的相互作用，分别推算出了在氧气浓度可以忽略不计、与地球表面氧气浓度相当两种情况下，地外行星上大气的化学组成。

　　参考塞古拉得到的结果，并利用加利福尼亚帕萨迪纳喷气推进实验室戴维•克里斯普(David Crisp)开发的模型(这也是科学家用于计算火星探测器太阳能电池板可以接收到多少阳光的模型之一)，英国伦敦大学学院的物理学家乔凡娜•蒂内蒂(Giovanna Tinetti)模拟了恒星光线穿过行星大气时的情形。对于这些计算结果，需要联合我和其他4位科学家的智慧才能完整解读：他们分别是美国莱斯大学的微生物学家珍妮特•希菲特(Janet Siefert)、华盛顿大学圣路易斯分校的生化学家罗伯特布兰肯希普(Robert Blankenship)、伊 利诺伊大学厄本那-香槟分校的生化学家戈文迪(Govindjee)和华盛顿大学的行星科学学家维多利亚•梅多斯(Victoria Meadows)。

　　我们发现，在F型恒星周围，行星接收到的光子通常是蓝色的，尤其以波长为451纳米的光子最多；在K型恒星周围，到达行星的光子一般为红色，波长的峰值位于667纳米处，这与地球上的情况类似。臭氧的存在会让F型恒星的光线更蓝，K型恒星的光线更红。与地球的情况类似，光合作用将吸收的光线也集中在可见光区。

　　因此，在F和K型恒星周围的行星上，植物的颜色可能与地球植物相似，但也有一些细微的差别。F型恒星发出的高能量蓝色光线太强烈，以至于植物可能需要利用类似花青素的筛选色素来反射光子，从而使植物呈蓝色；又或者，植物只需要蓝色光子，完全“忽略”从红到绿这部分光线——这样一来，反射光的光谱就会的蓝色端突然截止，容易被望远镜观测到。

　　M型恒星的温度范围较广，周围行星上的植物可能具有各种颜色。围绕宁静期M型恒星旋转的行星能接收到的能量，仅相当于地球从太阳获得的能量的一半。尽管这已比地球喜阴植物的最低能量需求多了60倍，对于维持生命体的生存已经足够，但是大多数光子却处于近红外区。在这种情况下，植物也许会进化出多种光合色素，尽可能捕捉更多的可见及红外光。如此一来，这些植物就几乎不会反射光线，看上去可能是黑色的。

　　寻找另一种“叶绿素”

　　叶绿素是地球植物独有的标记，是卫星能观测到植物和海洋浮游生物的原因。要找到外星植物，科学家首先要做的，就是在其他行星上找到另一种“叶绿素”。

　　地球生物的“经历”暗示，在F、G和K型恒星周围的行星上，早期海洋光合生物可以从缺氧环境中生存下来，并进化出产氧光合生物，最终导致陆生植物的出现。M型恒星的情况则比较复杂。水下9米是早期光合生物的最佳生存点：在这个位置，紫外线的强度不能对光合生物造成威胁，而穿过水层的其他光线，则能为生命活动提供足够的能量。虽然我们可能无法通过望远镜观测到这些“生命先驱”，但它们却可为行星表面生命的出现打下基础。在M型恒星周围的行星上，能吸收多种光线的植物，也许能长得和地球植物一样繁茂。

　　对于研究人员来说，不管恒星是哪种类型，都会面临一个问题：未来的太空望远镜能否观测到围绕恒星旋转的行星？即便利用即将面世的新型太空望远镜，很多行星看起来也只是一个小点，科学家可以获取的，就只有行星表面的平均光谱，根本无法为它们绘制表面地图。蒂内蒂计算发现，如果植物的存在要在光谱中表现出来，那么在行星表面，至少有20%的陆地覆盖着植物，而且还不能有云层遮挡。另一方面，海洋光合生物可以向空气释放更多氧气。因此，植物色素的生物标记越明显，氧气的生物标记便会越弱，反之亦然。天文学家只能看到这两种生物标记中的一种，不能两者兼顾。

　　如果一台太空望远镜在某行星的反射光谱上监测到一条暗带，而这条暗带对应的光线类型恰恰与科学家的预测相符合，那么在电脑屏幕上观察到这条暗带的人，便可能成为发现外星生物的第一人。不过，我们首先要排除某些干扰因素，比如矿物质是否也会产生同样的生物标记等。如今，对于某些行星，我们已经能鉴定出一些可能代表植物生命活动的颜色，甚至可以预言这些行星上存在着绿色、黄色或橘红色的植物，但目前很难做出更加准确的预言(即外星植物到底是哪种颜色)。在地球上，我们可以很确切的说，叶绿素是植物独有的标记，这是卫星能观测到植物和海洋浮游生物的原因。因此，要找到外星植物，我们首先要做的，就是在其他行星上找到另一种“叶绿素”。

　　找到外星生物并非遥遥无期。当然，这里指的是大量生物，而不是化石或生活在极端环境中的罕见微生物。茫茫宇宙中繁星无数，我们该把目光集中于哪些恒星？M型恒星与其周围行星的距离很近，这种情况下我们能否测出行星光谱？新型望远镜需要多大的波长观测范围和分辨率？我们对光合作用的了解，将帮助我们回答上述问题，为制定研究计划、解读观测数据提供依据。我们找寻外星生命的能力，最终将取决于我们对地球生命的了解。