筋斗云上的俯视，有灯的地方就有人。
外星人的宇宙飞船能在一个遥远嘈杂的热背景下探测到行星上的生命迹象吗？当他们在寻找智慧生命时，是不是寻找普通的无线电信号会更容易些呢？
噢，“生命迹象”，《星际迷航》系列对这一话题应该是最有发言权的了：当他们靠近任何行星的时候，他们都要寻找上面是否有生命存在。他们有时寻找智慧生命甚至是人类（或者特殊的外星物种）。不幸的是，我们从来都不清楚他们到底在干什么。在《星际迷航·下一代》中有一个科技指导手册，其有一小段精彩的技术阐释。（顺便一提，我很高兴有这本书存在。）
人造光与地球人口集中区域的高度重叠表明了光污染的地点。图片来源：美国太空总署戈达德航天中心马克·英霍夫和美国国家气象局全球地理物理资料中心克里斯托弗·埃尔维奇提供数据，美国太空总署戈达德航天中心克雷格·梅休和罗伯特·西蒙制图
“这是一种远距离的对生命形态的分析。一种精密的带电簇夸克共振扫描仪阵列跨越轨道距离提供了详细生物学数据。当与光学和化学分析传感器一起使用时，这种生命形态分析软件就能够从技术上推测出生物形态的大体结构并推断出其基本的化学成分。”
但是所谓的“带电簇夸克共振扫描仪”完全是虚构的——除非“带电簇夸克”是“质子”这个词的一种花哨的表达——如此一来，我们立刻就可以把《星际迷航》的方法排除在外。同时虽然收听无线电信号是一种可行的方法（这也确实是我们现在探寻地外生命的最主要方法），其成功率也依赖于无线电信号的宽广度（他们还在使用无线电吗？还是他们更喜欢通过纤维光缆传播的信息束？他们是否已经足够先进能够使用宽波无线电？）
我们不能探测到正好有人居住在一个小镇上——我们能看到的（以热图和其他方式）是这些人在星球表面留下的迹象。因为没有其他例子，在这里我们不得不用人类和地球作为原型，但是我们确实对我们的星球造成了一系列的影响。我们居住在城市中，我们砍伐树木来建造城市，我们在夜晚用灯光来点亮城市，这些都非常明显。此外我们还在城市之间建造公路，修建房子来居住，清理土地来进行农耕。
图为美国科罗拉多州丹佛市，展示了典型的美国西南部大城市棋盘式的街道布局图片来源：美国太空总署/国际空间站
你能够从太空看到的人类对地表的改变程度完全取决于你的摄像机的分辨率——你能识别出多小的物体？图像的分辨率只取决于三件事：你距离目标物体有多远，你进行观测的光的波长以及你的望远镜能够容纳多少波长。对于一张热图来说，我们至少是从环绕地球的轨道的高度上在红外线中寻找目标的——在红外线中你能看到多少东西？
我们整个地球的热图就如下图所示一样：
美国太空总署Aqua卫星上的大气红外探测仪（AIRS）用红外波长来感知温度。这张图像显示了年4月地球表面和覆盖着的云层的温度。温度范围从黑蓝区域的-81℃（-℉）到红色区域的47℃（℉）。近赤道常年雷雨的热带辐合带以及高空冷云被描绘为黄色。稍高一些的纬度持续为云层所遮蔽，尽管有些地区比如五大湖地区还是很明朗的。欧洲最北部以及欧亚大陆则完全被云层所遮蔽，而南极大陆在这张图的底部凸显得异常清净寒冷。图片来源：美国太空总署/喷气推进实验所AIRS科学小组
从这张图上我们大体可以看到，地球的两极很寒冷，而赤道地区则温暖得多。但是在这种分辨率下，你看不到任何真正的细节。城市没有显现出来，更不用说人类的个体。这是由波长（红外线的波长比可见光长，因而分辨率降低了），卫星绕地运行的高度（大约英里高）以及卫星所拍摄的区域面积大小所综合决定的。
这张图片显示了马里兰州巴尔的摩夏季一天陆地表面的大概温度（土地的温度有多高）。温度最高的地方显示为黄色，凉爽的地方为深紫色。这张图片是根据Landsat卫星年8月1日收集的数据制作的。图片来源：美国太空总署罗伯特·西蒙文字说明：霍利·里比耶克
你可以根据热度测量来识别城市；假如你不是在沙漠中，那么繁华的城市通常会比周边的地区更温暖——这部分是因为我们把周边所有的树木都砍伐了来建造城市。另一个原因是我们铺设了吸热的柏油马路。假如一个城市种植了很多树木的话，那么它的“热岛效应”就会弱得多。这些图像的分辨率大概是英尺，仍然过大，无法检测到个人。这个分辨率部分是因为这个卫星上的镜面的大小仍然只有16英寸宽（总的来说并不是很大）。
如果你想要高分辨率，那么你最好有一个足够大的镜面或摄像机（能够拍摄到更大的范围就等于更高的分辨率。而转视觉问题上来，云层又会成为另一个问题。我们地球上的云层并不是很厚也不是很热，而且往往随着时间的推移而移动，因此假如你等待得足够长，过一段时间你应该能够看到任何云层下面的东西。但是假如你正在观测一个更像金星一些的星球，而那里永远覆盖着云层，可视度就不那么友好了。
但是，在地球上还是可行的；现在在地球轨道上运行的商业卫星拍摄的地球照片能够达到大约一英尺的分辨率。（这个分辨率至少高到与各国军队披露出的数据一样；地表超高分辨率的图像也被应用到军事侦察上。）利用超高光学分辨率的数据，你就可以寻找地理模式了。大自然中不太可能出现完美的圆形，正方形，长方形或三角形，因此假如你在地表识别到了多个非常宽广的长方形，那意味着你找到了一个规划得很好的城市或农场，无论是哪一个都表明有智慧人类在此劳作。
这张哨兵2A卫星拍摄的图片表明了沙特阿拉伯是如何在沙漠上发展农业的。这些圆圈来自于一个中央蓄水灌溉系统，在这个灌溉系统中长水管围绕其中心的一口井旋转。图片来源：欧洲航天局/哥白尼计划哨兵卫星数据（）
当然，你离地球越遥远，你就越难这么做——这并不是那种你可以在高速穿越银河系的时候还可以做的监测。想要以低分辨率绘制整个地球的地图（在英尺到英尺分辨率之间），我们地球轨道上距离地面英里一个卫星上的“中分辨率成像光谱仪”需要2天的时间。所以，只要我们寻找城市的存在而不是寻找个体的人，通过热图来探测一个星球上的生命迹象是可能的，但是这需要你在该星球的运转轨道上耗费几天的时间。
这种详细的、类似照片的地球视图主要是基于美国太空总署Terra卫星上的“中分辨率成像光谱仪”的观测。图片来源：美国太空总署
此外，如果你有一个超大光圈宽视角的望远镜，并且能够令它在太空中环绕地球运转，你就能够找到在外面行走的人了。《星际迷航·下一代》中的企业号星舰有一个直径大约在米的主镜片，这使得它的分辨率比哈勃空间望远镜大倍。如果我们的望远镜也能收集到如此多的光，那么即使在红外线中我们也能够识别到人类个体。尽管要知道任何物体都在移动，你必须拍摄一系列照片并且分辨出不同。（一系列超短曝光将会保证你的照片不糊得认不出来，除非你能把企业号停靠在与地球位置相对不变的点上。）如果你知道要在哪里设置你的望远镜，并且不企图拍摄整个星球，那么我们梦想中的地球将来的文明也许能够检测到到处行走的智慧生命。
参考资料
1.维基百科全书
2.天文学名词
3.forbes-赵阿楠-JillianScudder
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