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科學家預測外星植物的顏色

褚志斌　(芝加哥大學博士後研究員)

依據自然(Nature)雜誌報導，美國太空總署(NASA、NASA Goddard Institute for Space Studies in New York)生物氣象學家Nancy Y. Kiang模擬其它星球的恆星和氣象狀況，研究其它星球的光合作用可能會是什麼樣的情況﹖其它星球的植物會長成什麼樣﹖物體的顏色，是由其反射出的光的波長來決定。例如黑色的頭髮，代表頭髮吸收絕大多數的可見光，因此呈現黑色；而綠色的葉子，代表葉子吸收了紅光和藍光等，而將絕大多數的綠色可見光反射，因此呈現綠色；紅色的花，代表花瓣吸收了綠、藍等波長較短的光，將大多數波長較長的紅光反射，因此呈現紅色。Kiang博士當然不是第一個預測外星植物顏色的人，2005年由湯姆克魯斯主演、重新翻拍1953年電影的「世界大戰(War of the Worlds)」，就是改編自英國作家H.G. Wells於1898年寫的科幻小說”The War of the Worlds”。Wells就預測火星的植物是血淋淋的鮮紅色。

像太陽一樣，發出以黃色光為主的黃矮星恆星其實數量不多。宇宙恆星系統有75%是紅矮星(Red dwarf)。紅矮星質量比我們的太陽小、密度比太陽大，而表面溫度比太陽低因此顏色泛紅。紅矮星的表面溫度只有攝氏2000-3000度，太陽表面溫度約攝氏6000度。由於紅矮星發出的光譜只有我們太陽發射光的一小部分、而且能量也較低，因此，如果紅矮星週遭的行星上有植物存活的話，Kiang博士認為這些植物應該會盡可能把所有紅矮星發射的光都吸收利用，因此那些植物幾乎不會反射任何可見光，則植物的顏色將會呈現黑色。

Kiang博士和她的同事，利用地球現有能進行光合作用的色素作參考，以科學的方法推測其它星球的狀況。光合作用生物的色素所不吸收而反射出的光，就是該生物的顏色。地球上植物最不用的光是綠光，因此植物的葉子幾乎都呈現綠色，而某些光合細菌呈現紫色，部分海藻則呈現紅色。我們的太陽光中，綠色光佔很大一部分，因此為何植物不使用綠光讓很多科學家很困惑。有些人認為，演化並不一定趨向最經濟的狀況，或是演化初期因為大氣的成分不同，而使地表能接受到的光譜分布和現在並不相同，因而有了不同方向的演化。但是Kiang認為，綠光光子(photon)的數目沒有紅光多，而能量沒有藍光強，因此地球的植物，選擇了兩邊的紅光和藍光，放棄綠光，也是一種實用的選擇。而她認為，因為波長愈短能量愈強，藍光的能量是可見光中最強的，因此植物應該都會盡可能利用藍光。所以她認為，外星植物葉子是藍色的機率應該很低。Kiang依據恆星能量的不同，從最強的F等級的恆星到最弱的M等級紅矮星，計算出其行星可能出現的植物的葉子顏色。這些研究發表在天文生物學期刊(Kiang NY et al., Astrobiology, 7, pp.222-251, 2007; Kiang NY et al., Astrobiology, 7, pp.252-274, 2007)。雖然有人質疑，依據地球植物生活的模式預測外星球植物的生命型態是否合理﹖當我們連火星的小綠人或其它生物都還找不到時，為何要去揣測外星球的植物是什麼顏色﹖不過哈佛(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts)的太空人Eric Ford認為，Kiang博士預測外星球在什麼樣的氣象狀況下能長出麼樣的植物，可以讓太空總署以更廣泛的觀點設計、修改太空搜索生命的望遠鏡或偵測植物的儀器，增加找到外星生物的機會。

http://stn.nsc.gov.tw/view_detail.asp?doc_uid=0960421002