外星植物什么顏色?

我們生活的地球是一個(gè)綠色星球，在它上面生長(zhǎng)的植物多以綠色為主。很多人在科幻電影中都見(jiàn)過(guò)五顏六色的外星植物，但是真實(shí)的外星植物誰(shuí)也沒(méi)見(jiàn)過(guò)。也許你會(huì)想，如果有一天宇航員能在其他星球上發(fā)現(xiàn)植物，它們又會(huì)是什么顏色呢?科學(xué)家經(jīng)過(guò)研究認(rèn)為，其他星球上的植物可能比地球上的植物擁有更為繽紛的顏色，比如紅色、橙色和黃色，甚至可能是七色彩虹中的任何一種，不過(guò)，藍(lán)色除外。這是因?yàn)樵诤艽蟪潭壬希阈堑馁|(zhì)量、溫度決定著行星表面的環(huán)境狀態(tài)，而環(huán)境狀態(tài)又決定了生命能否出現(xiàn)、以什么樣的形式出現(xiàn)。外星植物如果存在，它們的顏色將取決于本星系的“太陽(yáng)”光線(xiàn)的光質(zhì)(光譜成分)。

為什么地球上的植物絕大多數(shù)都是綠色的?

地球上的太陽(yáng)光包括紅橙黃綠青藍(lán)紫七種可見(jiàn)光光譜，與彩虹顏色相同，也稱(chēng)七色彩虹光譜。綠色是地球植物最普遍的顏色，這與植物進(jìn)行光合作用時(shí)葉片對(duì)太陽(yáng)光的吸收有關(guān)。一般而言，物體呈現(xiàn)出不同顏色和該物體對(duì)光的吸收光譜相關(guān)。當(dāng)某種物質(zhì)吸收七色彩虹光譜中一種或幾種光，而反射或透射出其余光時(shí)，該物質(zhì)就呈現(xiàn)出其余光所組合成的顏色。就植物來(lái)說(shuō)，葉片對(duì)太陽(yáng)光的吸收主要通過(guò)葉綠體的色素進(jìn)行。植物進(jìn)行光合作用的“工廠(chǎng)”是葉子中的葉綠體。葉綠體中最主要的色素是綠色的葉綠素，此外還有橙黃色的胡蘿卜素和黃色的葉黃素。它們能分別吸收不同光譜的光進(jìn)行光合作用。胡蘿卜素和葉黃素主要吸收它的補(bǔ)光，即藍(lán)光和藍(lán)綠光；葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，基本不吸收綠光，所以植物葉片通常為綠色。在自然界中，絕大多數(shù)植物葉子含葉綠素最多，所以在我們的眼睛看來(lái)，植物的葉子一般都是呈現(xiàn)綠色的。

光合作用最理想的顏色是黑色

從理想的情況來(lái)說(shuō)，葉子顏色應(yīng)該是黑色的，因?yàn)檫@樣它就可以吸收所有顏色的光，才便于更大限度地用這些光進(jìn)行光合作用，來(lái)更多地制造自己的食物。然而，大自然為什么“選擇”了綠色呢!

這就要從遠(yuǎn)古談起了。地球上最初的植物是生活在海洋里的，在光合作用過(guò)程中起作用的是一種原始細(xì)菌。因?yàn)槟軌蛲高M(jìn)海洋里的光是很少的，所以，這種植物要進(jìn)行光合作用，必須能吸收所有顏色的光才夠制造自己的食物。所以，這種植物就呈現(xiàn)很暗的顏色，可以聯(lián)想到我們現(xiàn)在吃的海帶的顏色。比如，生活在深水中的紅藻含有一種叫藻紅蛋白的東西，它就可以吸收很多種顏色的光，所以它的葉子就幾乎是黑色的，這對(duì)在深水中進(jìn)行光合作用是最理想的。后來(lái)，地殼運(yùn)動(dòng)使海洋變成了陸地，這些植物必須適應(yīng)這種環(huán)境變化。現(xiàn)在，它們生活在有充分光線(xiàn)的地方，再像原來(lái)那樣，吸收所有顏色的光就容易被這么多的光線(xiàn)灼傷了。所以，絕大部分的陸生植物，由于光線(xiàn)充足，綠光完全沒(méi)被吸收利用，而是都被反射出去了。我們眼睛接受到這種光線(xiàn)，所以看到的植物是呈現(xiàn)綠色的。

外量檀物為什么不可能是藍(lán)色?

地球外的植物也是綠色的嗎?我們已經(jīng)知道，生活在地球上的植物大部分都是綠色，這是因?yàn)橹参镌谶M(jìn)行光合作用時(shí)，吸收得最少的太陽(yáng)光就是綠色光。而其他恒星發(fā)出的光的光譜可能與太陽(yáng)不同，因此在其他行星上生長(zhǎng)的植物，在進(jìn)化過(guò)程中選擇吸收和反射的光也可能不同。通過(guò)進(jìn)化，外星植物會(huì)吸收光線(xiàn)中某一種或幾種顏色。如果外星球上的植物葉片對(duì)紅色光線(xiàn)的吸收最弱，那么這個(gè)外星的森林和草地非常可能是紅色。科學(xué)家認(rèn)為，彩虹光譜中的所有顏色都有可能成為外星植物的顏色，但是他們認(rèn)為植物不可能是藍(lán)色。外星植物不可能是藍(lán)色，因?yàn)樗{(lán)色蘊(yùn)含的光能比較高。植物對(duì)光線(xiàn)的吸收效率取決于光線(xiàn)蘊(yùn)含能量的強(qiáng)弱，藍(lán)光能量較高，對(duì)植物的光合作用有利，因此更容易被葉片吸收。這種直接的“顏色辨別法”等于為宇航員在太空航行中尋找生物提供了“第一準(zhǔn)則”。通過(guò)分析其他星球的光譜得出的研究結(jié)果，宇航員在尋找外星植物時(shí)就會(huì)知道應(yīng)該以什么樣的顏色為目標(biāo)。

尋找另一種“葉綠素”

葉綠素是地球植物獨(dú)有的標(biāo)記，是衛(wèi)星能觀測(cè)到植物和海洋浮游生物的原因。要找到外星植物，科學(xué)家首先要做的，就是在其他行星上找到另一種“葉綠素”。

在太陽(yáng)系之外，天文學(xué)家現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)近300顆系外行星，雖然我們不能斷定這些行星上是否存在生命，但這只是一個(gè)由時(shí)間來(lái)解釋的問(wèn)題。目前，世界各國(guó)的宇航局正在研制能夠探測(cè)可孕育生命的類(lèi)地行星的望遠(yuǎn)鏡，其觀測(cè)方法是基于行星的光譜范圍。為了尋找另一恒星體系中一顆行星上的光合作用色素，天文學(xué)家必須做好準(zhǔn)備分析這顆行星在進(jìn)化歷程中的任何階段。

外星球植物的顏色不僅取決于光合作用色素，該星球表面上的光譜還主要依賴(lài)于行星類(lèi)型。天文學(xué)家目前基于恒星的顏色、溫度、質(zhì)量大小和壽命進(jìn)行分類(lèi)，僅確定幾種類(lèi)型的恒星能夠進(jìn)化復(fù)雜的生命體。從最熱至最冷的恒星，現(xiàn)分類(lèi)為F，G，K和M恒星，我們的太陽(yáng)屬于G恒星；F恒星是更大、更燃燒明亮的恒星，還有數(shù)十億年才能燃燒耗盡；K和M恒星質(zhì)量更小、更昏暗、顏色更紅和壽命更長(zhǎng)。M恒星包括銀河系內(nèi)較為常見(jiàn)的紅矮星。

計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果顯示，對(duì)于F恒星體系中的行星，大量的藍(lán)色光量子參與植物的光合作用，使植物具有花青色素；M恒星體系的溫度等級(jí)使植物顏色具有較大的變化范圍，該恒星體系行星上有大量近紅外光量子，進(jìn)而植物可從可見(jiàn)光和紅外線(xiàn)光之間選擇演化成較多類(lèi)型的光合作用色素，由于該行星很少有光線(xiàn)反射，因此表面的植物在人類(lèi)肉眼觀察下呈現(xiàn)黑色。此外，由于一些年輕M恒星表面存在超紫外線(xiàn)耀斑，任何植物都將在水棲環(huán)境下生存。對(duì)于G恒星，我們的太陽(yáng)就屬于G恒星，因此該恒星體系中的植物光合作用生成的葉綠素優(yōu)先吸收紅色和藍(lán)色光，植物普遍呈現(xiàn)出綠色；對(duì)于K恒星體系上的植物則呈現(xiàn)出淡紅色，其表面上生存的植物光合作用主要來(lái)自可見(jiàn)光范圍，就如同地球一樣。(文章代碼：100918)