筋斗雲上的俯視，有燈的地方就有人。

外星人的宇宙飛船能在一個遙遠嘈雜的熱背景下探測到行星上的生命跡象嗎？當他們在尋找智慧生命時，是不是尋找普通的無線電訊號會更容易些呢？

噢，“生命跡象”，《星際迷航》系列對這一話題應該是最有發言權的了：當他們靠近任何行星的時候，他們都要尋找上面是否有生命存在。他們有時尋找智慧生命甚至是人類（或者特殊的外星物種）。不幸的是，我們從來都不清楚他們到底在幹什麼。在《星際迷航·下一代》中有一個科技指導手冊，其有一小段精彩的技術闡釋。（順便一提，我很高興有這本書存在。）

【圖釋】人造光與地球人口集中區域的高度重疊表明了光汙染的地點。圖片來源：美國太空總署戈達德航天中心馬克·英霍夫和美國國家氣象局全球地理物理資料中心克里斯托弗·埃爾維奇提供資料，美國太空總署戈達德航天中心克雷格·梅休和羅伯特·西蒙製圖

“這是一種遠距離的對生命形態的分析。一種精密的帶電簇夸克共振掃描器陣列跨越軌道距離提供了詳細生物學資料。當與光學和化學分析感測器一起使用時，這種生命形態分析軟體就能夠從技術上推測出生物形態的大體結構並推斷出其基本的化學成分。”

但是所謂的“帶電簇夸克共振掃描器”完全是虛構的——除非“帶電簇夸克”是“質子”這個詞的一種花哨的表達——如此一來，我們立刻就可以把《星際迷航》的方法排除在外。同時雖然收聽無線電訊號是一種可行的方法（這也確實是我們現在探尋地外生命的最主要方法），其成功率也依賴於無線電訊號的寬廣度（他們還在使用無線電嗎？還是他們更喜歡通過纖維光纜傳播的資訊束？他們是否已經足夠先進能夠使用寬波無線電？）

我們不能探測到正好有3000人居住在一個小鎮上——我們能看到的（以熱圖和其他方式）是這些人在星球表面留下的跡象。因為沒有其他例子，在這裡我們不得不用人類和地球作為原型，但是我們確實對我們的星球造成了一系列的影響。我們居住在城市中，我們砍伐樹木來建造城市，我們在夜晚用燈光來點亮城市，這些都非常明顯。此外我們還在城市之間建造公路，修建房子來居住，清理土地來進行農耕。

【圖釋】圖為美國科羅拉多州丹佛市，展示了典型的美國西南部大城市棋盤式的街道佈局 圖片來源：美國太空總署/國際空間站

你能夠從太空看到的人類對地表的改變程度完全取決於你的攝像機的解析度——你能識別出多小的物體？影象的解析度只取決於三件事：你距離目標物體有多遠，你進行觀測的光的波長以及你的望遠鏡能夠容納多少波長。對於一張熱圖來說，我們至少是從環繞地球的軌道的高度上在紅外線中尋找目標的——在紅外線中你能看到多少東西？

我們整個地球的熱圖就如下圖所示一樣：

【圖釋】美國太空總署Aqua衛星上的大氣紅外探測儀（AIRS）用紅外波長來感知溫度。這張影象顯示了2003年4月地球表面和覆蓋著的雲層的溫度。溫度範圍從黑藍區域的-81℃（-114℉）到紅色區域的47℃（116℉）。近赤道常年雷雨的熱帶輻合帶以及高空冷雲被描繪為黃色。稍高一些的緯度持續為雲層所遮蔽，儘管有些地區比如五大湖地區還是很明朗的。歐洲最北部以及歐亞大陸則完全被雲層所遮蔽，而南極大陸在這張圖的底部凸顯得異常清淨寒冷。圖片來源：美國太空總署/噴氣推進實驗所 AIRS科學小組

從這張圖上我們大體可以看到，地球的兩極很寒冷，而赤道地區則溫暖得多。但是在這種解析度下，你看不到任何真正的細節。城市沒有顯現出來，更不用說人類的個體。這是由波長（紅外線的波長比可見光長，因而解析度降低了），衛星繞地執行的高度（大約440英里高）以及衛星所拍攝的區域面積大小所綜合決定的。

【圖釋】這張圖片顯示了馬里蘭州巴爾的摩夏季一天陸地表面的大概溫度（土地的溫度有多高）。溫度最高的地方顯示為黃色，涼爽的地方為深紫色。這張圖片是根據Landsat衛星2001年8月1日收集的資料製作的。圖片來源：美國太空總署羅伯特·西蒙 文字說明：霍利·裡比耶克

你可以根據熱度測量來識別城市；假如你不是在沙漠中，那麼繁華的城市通常會比周邊的地區更溫暖——這部分是因為我們把周邊所有的樹木都砍伐了來建造城市。另一個原因是我們鋪設了吸熱的柏油馬路。假如一個城市種植了很多樹木的話，那麼它的“熱島效應”就會弱得多。這些影象的解析度大概是100英尺，仍然過大，無法檢測到個人。這個解析度部分是因為這個衛星上的鏡面的大小仍然只有16英寸寬（總的來說並不是很大）。

如果你想要高解析度，那麼你最好有一個足夠大的鏡面或攝像機（能夠拍攝到更大的範圍就等於更高的解析度。而轉視覺問題上來，雲層又會成為另一個問題。 我們地球上的雲層並不是很厚也不是很熱，而且往往隨著時間的推移而移動，因此假如你等待得足夠長，過一段時間你應該能夠看到任何雲層下面的東西。但是假如你正在觀測一個更像金星一些的星球，而那裡永遠覆蓋著雲層，可視度就不那麼友好了。

但是，在地球上還是可行的；現在在地球軌道上執行的商業衛星拍攝的地球照片能夠達到大約一英尺的解析度。（這個解析度至少高到與各國軍隊披露出的資料一樣；地表超高解析度的影象也被應用到軍事偵察上。）利用超高光學解析度的資料，你就可以尋找地理模式了。大自然中不太可能出現完美的圓形，正方形，長方形或三角形，因此假如你在地表識別到了多個非常寬廣的長方形，那意味著你找到了一個規劃得很好的城市或農場，無論是哪一個都表明有智慧人類在此勞作。

【圖釋】這張哨兵2A衛星拍攝的圖片表明了沙烏地阿拉伯是如何在沙漠上發展農業的。這些圓圈來自於一箇中央蓄水灌溉系統，在這個灌溉系統中長水管圍繞其中心的一口井旋轉。圖片來源：歐洲航天局/哥白尼計劃哨兵衛星資料（2015）

當然，你離地球越遙遠，你就越難這麼做——這並不是那種你可以在高速穿越銀河系的時候還可以做的監測。 想要以低解析度繪製整個地球的地圖（在800英尺到3200英尺解析度之間），我們地球軌道上距離地面450英里一個衛星上的“中解析度成像光譜儀”需要2天的時間。所以，只要我們尋找城市的存在而不是尋找個體的人，通過熱圖來探測一個星球上的生命跡象是可能的，但是這需要你在該星球的運轉軌道上耗費幾天的時間。

【圖釋】這種詳細的、類似照片的地球檢視主要是基於美國太空總署Terra衛星上的“中解析度成像光譜儀”的觀測。圖片來源：美國太空總署

此外，如果你有一個超大光圈寬視角的望遠鏡，並且能夠令它在太空中環繞地球運轉，你就能夠找到在外面行走的人了。《星際迷航·下一代》中的企業號星艦有一個直徑大約在500米的主鏡片，這使得它的解析度比哈勃空間望遠鏡大150倍。如果我們的望遠鏡也能收集到如此多的光，那麼即使在紅外線中我們也能夠識別到人類個體。儘管要知道任何物體都在移動，你必須拍攝一系列照片並且分辨出不同。（一系列超短曝光將會保證你的照片不糊得認不出來，除非你能把企業號停靠在與地球位置相對不變的點上。）如果你知道要在哪裡設定你的望遠鏡，並且不企圖拍攝整個星球，那麼我們夢想中的地球將來的文明也許能夠檢測到到處行走的智慧生命。

參考資料

1.維基百科全書

2.天文學名詞

3. forbes-趙阿楠- Jillian Scudder