這顆想像中的類地行星是一顆岩質行星，擁有稀薄的大氣，位於恆星宜居帶內。行星上有海洋、大陸和雲層，地表還可能擁有宏觀生命形式。要想從幾光年之外觀察它們，必須要有一台巨大無比的望遠鏡才行。

目前科學家搜索地外生命主要有三條路徑。第一條是向太陽系之內可能擁有生命的星球發射軌道探測器、登陸探測器、漫遊車、以及飛掠探測器；第二條是對我們已經發現的遙遠系外行星展開進一步分析，希望能找到一些生物特徵、或至少找到一些與生物有關的蛛絲馬跡。第三條則是尋找技術特徵，比如由智慧文明創造的非自然信號。除此之外，還有些人甚至在尋找地球上已經出現外星人的證據，不過這類研究的科學價值頗受爭議。

但如果我們強烈懷疑，宇宙中也許不僅存在外星人、甚至還有與人類體型相仿的外星人呢？我們能直接看見它們嗎？於是有人提出了這麼一個問題：“如果我們造一台足夠大的望遠鏡，能否看見外星人在其它行星上走來走去呢？”

圖為當時尚屬全新的哈勃望遠鏡於1990年拍攝的第一張照片。沒有了大氣的干擾，再加上哈勃的大口徑，其拍攝行星系的分辨率遠勝任何地面望遠鏡。分辨率主要取決於光線波長與主鏡直徑的比例。

儘管存在障礙，但這種設想的確是有可能實現的。為此，我們首先要解決以下幾個問題。

首先，對任何光學系統而言，最重要的一點、也是最基礎的一點都是分辨率。要想看到大小為1米的物體，望遠鏡的分辨率最好也能達到1米、甚至能看到更小的東西才行。但在使用望遠鏡時，我們關注的並非觀察對象的實際大小，而是角大小。這種角分辨率意味著，只有當物體與我們的距離處在某一範圍內時，我們才能敏感地發現特定大小的物體，位於這一範圍之外的物體則不行。

你也許聽說過，望遠鏡的分辨率由自身大小決定，這在一定程度上是正確的。望遠鏡分辨率不僅取決於主鏡直徑，還取決於其觀察的光線波長。說得更準確些，望遠鏡分辨率主要由波長與主鏡直徑的比例決定。例如，詹姆斯·韋伯空間望遠鏡口徑為6.5米，可觀測的光線最短波長約為550納米，最長為28000納米，因此它能實現的最大分辨率介於短波的0.03角秒到長波的1.4角秒之間。

　　

這三張圖片模擬的對像都是NGC 3603，分別來自哈勃望遠鏡（左圖）、甚大望遠鏡（中間）、以及正在建設中的歐洲極大望遠鏡（左圖）。圖片清晰度的提高反映瞭望遠鏡分辨率的增加。

要回答上面的問題，我們先以低地軌道上最強大的望遠鏡——哈勃望遠鏡為例。以它在太空中的位置，哈勃望遠鏡能看到地球上的人類嗎？

這張照片由宇航員凱倫·尼伯格於2013年從國際空間站上拍攝。要想在國際空間站的高度上看見地球上的人類，得使用哈勃那麼大的望遠鏡才行。

請你先憑直覺猜一下：能，還是不能？

好了，接下來讓我們揭曉答案。哈勃望遠鏡的主鏡直徑為2.4米，位於地表上方約547千米處。假設人的尺寸約為1米（從上往下看時，如果你處於直立狀態，這個尺寸就會小一些；但如果你是躺在地上，這個尺寸就會大一些，所以我們取個平均值），轉化成角尺寸，相當於0.000105°、或0.37角秒。哈勃望遠鏡只能在可見光波段達到這樣的分辨率，所以如果我們的顏色為藍、紫或紫外光，答案就是“能看見”；但如果我們的顏色偏紅，答案就是“不一定”了。

利用可見光尋找人類再合適不過了，如果行星大氣類似於地球、可見光穿透力很強，那就更加理想。短波光線具有分辨率更大的優勢，但行星大氣對伽馬射線和X射線基本是不透明的。紫外光大部分也會被阻隔在外，如果有保護性臭氧層，阻擋效果會更加明顯。即使我們將望遠鏡送入太空，也可以藉助在地球大氣中穿透力很強的這類光線搜索人類。

這張由尼爾·阿姆斯特朗拍攝的經典照片記錄了巴斯·奧爾德林將美國國旗插上月球表面的情景。注意一下前景中的腳印。這些腳印從月球軌道上依然清晰可見，但地球上的望遠鏡分辨率則遠遠達不到要求。

要想用哈勃望遠鏡（或其它合適的儀器）搜索外星球上的“人類”，我們只需要弄清觀測對象離我們有多遠，就能知道要造多大的望遠鏡了。計算起來很簡單：如果想以相同的分辨率、觀察比哈勃望遠鏡範圍上限遠10倍的物體，只需要讓主鏡直徑達到哈勃的10倍即可。接下來就讓我們看看，要想尋找不同距離之外的外星人，究竟需要造多大的望遠鏡。

月球

先讓我們看看離我們最近的鄰居、地球的天然衛星——月球。就行星距離來說，月球離我們比太陽系中的任何天體都要近得多，甚至近到能讓我們在月表登陸。月球圍繞地球旋轉的軌道為橢圓形，而不是正圓形，因此離地球時近時遠。位於近地點時，地月距離為356500千米；遠地點時則為406700千米。從低地軌道到月球，光線的平均傳播距離約為38萬千米。

圖為歐洲極大望遠鏡全新的五鏡光學系統。在進入望遠鏡內部的科學儀器前，光線首先經過直徑39米的凹面主鏡（M1）反射，然後到達兩片直徑4米的鏡片，分別為凸面鏡（M2）和凸面鏡（M3）。最後兩片鏡片（M4和M5）構成了內置自適應光學系統，可以在最終的聚焦平面上形成清晰度極高的照片。主鏡由798片鏡片組成。

這就意味著，我們若想用哈勃觀察地球時的分辨率觀察月球，望遠鏡口徑需達到1650米。造出這麼巨大的望遠鏡堪稱壯舉，但也代價驚人。人類建造的最大的望遠鏡為歐洲極大望遠鏡，直徑39米，目前還在南半球施工中。其主鏡由789片六邊形鏡片組成，每片直徑1.4米。要想造出1600米口徑的望遠鏡，大約需要140萬片這樣的鏡片。

金星與火星

假如我們不想將視線局限在月球上，還想在太陽系宜居帶內的其它行星上尋找外星生命，那就是金星和火星了。儘管這兩顆行星到地球的平均距離都超過了1億公里，但在圍繞太陽旋轉的過程中，它們和地球之間的距離有時會大大縮短。金星距地球最近能達到3800萬公里，火星則為6200萬公里。

如何讓視線穿透金星厚厚的雲層是一項相當大的挑戰。我們偶爾才能在可見光下看見金星表面，即使這樣也需要雲層剛好裂開一條縫才行。而火星就輕鬆多了，因為火星的雲層和大氣都很稀薄，穿透性很強。只要沒有暴風雨，即使從很遠的地方也能看見火星表面。

按這樣的距離來算，要想看見金星表面的“人”，望遠鏡口徑需達到161千米，火星則為263千米。前者相當於新澤西的面積，後者更是和整個西弗吉尼亞相當。

木星衛星

也許有朝一日，我們不僅能在太陽系中的岩質行星上發現生命，還能在氣態巨行星的某顆衛星上發現。太陽系中離我們最近的氣態巨行星是木星。人們普遍認為，木衛二和木衛三擁有適宜生命存活的特徵。與到地球的距離相比，這些衛星到木星的距離幾乎可以忽略不計。在最靠近地球時，木星離我們“只有”5.88億公里。

科學家幾乎可以肯定，木衛二冰封的表面之下有一片地下海洋，但並不清楚這層冰可能有多厚。藝術家繪製了兩張木衛二冰殼的截面圖。在兩張圖片中，熱量都會以海底火山的形式從木衛二的岩質地幔中逃逸出去，然後由洋流帶到地表。要想從地球上觀察到木衛二表面與人類大小相當的物體，需要一台阿拉斯加那麼大的望遠鏡才行。

這樣一來，我們所需的望遠鏡口徑為2500公里，面積大致與美國阿拉斯加州相當。這種規模的望遠鏡已經大到難以想像了，因為直徑已經達到了月球的四分之三。但事實就是如此，要想從數億公里之外拍到人類那麼大的物體，就是需要這種天體尺度的望遠鏡。隨著距離進一步增加，情況還會更嚴重。

通過這根刻度尺可以看出，有些天體離我們是多麼遙遠。各個行星、柯伊伯帶、奧爾特雲、以及離我們最近的恆星都在圖上。要想保持相同的分辨率，距離每增加10倍，主鏡直徑也要增加10倍。

土星、天王星、海王星和更遠的星球

土星到地球的距離約為木星的兩倍，距地球最近時為12億公里，望遠鏡口徑需達到5000公里，幾乎與土星最大的衛星、也是太陽系中第二大的衛星土衛六相當。

天王星到地球的距離又是土星的兩倍，即使距離最近時也足有25.7億公里。望遠鏡口徑需達到10800公里，約為地球直徑的85%。

海王星距地球最近時為42.98億公里，望遠鏡口徑需達到17800公里，相當於地球的1.5倍。

至於柯伊伯帶上的天體，我們得打造一台直徑達到地球兩三倍的望遠鏡才行。要想看到奧爾特雲，望遠鏡口徑幾乎要與太陽相當。更別提圍繞其它恆星旋轉的行星了。

波江座51b於2014年由雙子座行星成像儀發現。它的質量為木星的兩倍，是目前拍攝到的溫度最低、質量最小的系外行星，到中央恆星的距離只有12個天文單位。要想拍攝到這顆行星上人類大小的物體，望遠鏡分辨率需達到目前最高水平的數十億倍。

系外行星

除非我們決定將人類送到太陽系的其它星球上，否則在這些世界發現自然演化出的人類的概率幾乎為零。但在太陽係以外的行星上，也許會存在與人類體型相仿的生物。

我們到最近的恆星的距離介於4光年至10光年之間，其中有些恆星的行星也許不僅宜居，甚至可能擁有類似人類大小、或者體型更大的生命形式。

要想看到幾光年之外行星上1米長的物體，又需要多大的望遠鏡呢？

對於離我們最近的比鄰星系中的行星，望遠鏡口徑需與地球的公轉軌道相當。對於天倉五周圍的行星，望遠鏡直徑要達到小行星帶的直徑才行。要想觀察TRAPPIST-1系統中的行星，望遠鏡需要達到土星軌道大小。這些尺寸是不是聽上去大得驚人？這大概就是為何從未有人提出直接通過望遠鏡觀察、搜索外星生命的原因吧。

阿塔卡瑪大型毫米波/亞毫米波陣列由一系列射電望遠鏡構成。該陣列的聚光能力相當於各個望遠鏡的總和，但分辨率則將望遠鏡之間的距離也算在內。

不過，雖然可能性很小，但我們依然有可能在技術上找到解決之道。要打造一台極大的望遠鏡，有兩點最為關鍵：一，它必須能聚光，而且聚光能力必須與表面積相匹配；二，分辨率必須足夠高，能夠將不同的物體區分開來，而且分辨率需與主鏡上能容納的波長數量相匹配。

但如果我們觀察的對象足夠明亮，聚光能力也許就不那麼重要了，只需保證分辨率夠高即可。

對於超長波光線，有一種名叫特長基線乾涉測量法的技巧，而這種技巧從理論上來說也可用於可見光波段。如果我們能在太陽系中建立起一個小型光學望遠鏡網絡，雖然其聚光能力僅為這些望遠鏡的總和，但分辨率卻可以將這些望遠鏡之間的距離也計算進去。

這固然是項極大的挑戰，但若能設法實現，我們的成像細節度將達到前所未有的水平。儘管這注定是條漫長的征程，但要想知道外星生命究竟長什麼樣，這或許是我們最大的希望了。