过去十年间，人类对太阳系外行星的研究已经相对成熟，截止目前，我们已经发现了超过4000颗系外行星。
这就衍生出了一个问题：如果有另一个先进物种正在研究地球，他们会看到什么？利用地球的多波长数据，来自加州理工大学的科学家们为遥远的外星观测者绘制了一幅地球图像。
除了满足好奇心，这项研究还能帮助天文学家寻找和重建“类地球”系外行星的表面特征。
该研究以地球为外行星的角度，绘制了一张二维的地球“外星地图”，并于近日发表于《科学》杂志上。
研究人员包括了来自加州理工地质学院、行星科学部（GPS）和NASA喷气推进实验室的Siteng Fan等人。
当我们在太阳系之外的茫茫星海中寻找潜在的可居住行星时，科学家们被迫采取间接的方法。
因为大多数系外行星都无法直接观测到它们的大气成分或者表面特征，即无法直接成像，因此科学家们认为该系外行星至少要“看着像地球”。
正如Fan所言，这反映了系外行星研究目前不得不面对的局限性：“首先，目前我们还没有制定对系外行星满足可居住性的最低要求。虽然已经有一些标准，但并不确定它们是否充分且必要。其次，目前的观测技术也不足以证实某颗行星是否真的具有可居住性。”
鉴于地球是我们所知的唯一一个能够维持生命供给的行星，研究团队认为，对地球的远程观测结果可以作为我们寻找可居住外星的参考标准。
Fan说道：“外星人眼中地球的样子，将为我们找到一个和地球相像的行星指明方向。”
在地球的生命系统中，最重要的就是水循环。它有三个不同的阶段，即水蒸气、凝结成云和冰粒，以及地表存在水体。
这些存在被认为是宜居的潜在迹象，而且可以远程观测到。因此，识别系外行星的表面特征和云层对于识别它们的可居住性便至关重要。
为了确定远程观测地球是什么样子，研究团队收集了9740张由NASA的深空气候观测卫星拍摄的地球图片。在2016至2017年的两年时间里，每68至110分钟就会拍摄一次，捕捉来自地球大气层的多波长反射光。
然后，Fan和他的同事将所有图像结合起来并整合到地球圆盘上，有效地重现了那两年间地球在外星服务器上呈现的模样。
图：S.Fan et al.
研究小组对所得的曲线进行分析，并将其和原始图像进行比较，以便将曲线中的参数与地球的陆地和云层一一对应。在挑选出了关联最密切的参数之后，研究人员将其维度调整为24小时的地球自转，便得到了一张轮廓图（如上图），它就代表了从光年之外所见到的地球的光曲线图像。
黑线表示地表特征，大致上与各大洲的海岸线相对应。绿色则进一步表示非洲（中）、亚洲（右上）、北美和南美（左）以及南极洲（下）。中央则是海洋，浅的是红色，深海则是蓝色。
当天文学家将这个表示的方法应用于系外行星的光曲线观测时，就可以评估该行星是否有海洋、云层和冰盖，而这些都是“类地球”所需的必要元素。正如Fan所说：“这项工作对于确定外行星的地址特征和气候系统具有重大的意义。我们发现，地球光曲线的变化主要是由云和陆地/海洋组成的，因此，拥有同类型特征的系外行星就更有可能承载着生命。”
在不久的将来，下一代仪器将实现更详细的外行星调查，如James Webb太空望远镜；而即将上线的超大望远镜（ELT）、三十米望远镜（TMT）和巨型麦哲伦望远镜（GMT）预计将实现对较小的岩石行星的直接成像研究。
加上对地表特征和大气条件的研究，天文学家最终将能辨认出哪些系外行星具有可居住的条件，哪一些没有。
