導(dǎo)讀：在宇宙中尋找地外生命正步入新紀(jì)元：科學(xué)家們未來將有機(jī)會使用技術(shù)先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡觀測潛在宜居星球的大氣層。人類目前無法登上這些星球進(jìn)行研究，但其周邊的化學(xué)混合物可能揭示生命的存在。 ...
在宇宙中尋找地外生命正步入新紀(jì)元：科學(xué)家們未來將有機(jī)會使用技術(shù)先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡觀測潛在宜居星球的大氣層。人類目前無法登上這些星球進(jìn)行研究，但其周邊的化學(xué)混合物可能揭示生命的存在。并沒有“確鑿的證據(jù)”證明生命存在；也沒有大氣混合物能完全證明“有生物居住在此！”（至少科學(xué)家還不知道）。尋找外來生命需要鐵證：任何看起來像生命創(chuàng)造的痕跡科學(xué)家還無法證實(shí)是不是智慧的非生物過程產(chǎn)生。因此，科學(xué)家除了要想出是什么能看出外星球上存在生命，還得想到非生命制造出相同的痕跡的可能性。科學(xué)家們?yōu)榱吮苊忮e誤數(shù)據(jù)正努力為這些“假陽性”結(jié)論尋找新的例證。因為比沒有找到地外生命更糟糕的就是認(rèn)為我們找到了并把它帶走。（外星生命跡象將在2025年發(fā)現(xiàn)，美國國家航天局首席科學(xué)家表示。）
氧氣與生命科學(xué)家一直在尋找潛在的宜居星球。理想情況下，他們想找到與地球極為相似的星球：巖層，大小類似，和地球一樣圍繞一顆恒星運(yùn)行，而且地表溫度適宜有液態(tài)水存在。（迄今為止，還沒有找到符合這一要求的行星，雖然有一個重量級候選星球。）但如果科學(xué)家看到這樣一顆有大氣層的星球，或者甚至模糊的看到其表面，他們?nèi)绾文艽_定這個星球是是適宜居住還是不適宜？這個問題驅(qū)動了虛擬行星實(shí)驗室（VPL）工作。這項多學(xué)科研究匯集20個不同機(jī)構(gòu)50名研究員。維多利亞·梅多斯（Victoria Meadows）是華盛頓大學(xué)天文學(xué)教授，也是VPL首席研究員?！拔覀儗π行沁^程了解到底有多少？我們能與行星上的生物過程區(qū)分開么？”梅多斯對Space.com介紹道?！斑@是一個挑戰(zhàn)，是人們面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。能測量是一回事，能理解他們告訴你的就另當(dāng)別論了。”“我認(rèn)為這就是VPL哲學(xué)：我們需要提前模擬，盡量找出想要尋找的跡象，需要進(jìn)行何種測量，最重要的是發(fā)現(xiàn)我們?nèi)绾蜗萑胝`區(qū)？”她說。多年以來，氧氣成為我們尋找地外生命的關(guān)鍵。地球的大氣層含有的大量氧氣幾乎全都是生物制造的。照此來說，氧氣被認(rèn)為是“生命特征”的體現(xiàn)。植物當(dāng)然可以產(chǎn)生氧氣，但人們認(rèn)為大部分氧氣來源于某些類型的細(xì)菌，他們在已經(jīng)生存了20多億年?！把鯕獗灰暈樽顝?qiáng)有力的生物特性已經(jīng)很久了?！泵范嗨拐f。五六年前，梅多斯與其他科學(xué)家同在VPL工作，他們提出四種獨(dú)立的方式，氧氣能夠通過完全非生物過程構(gòu)建適合居住的世界的大氣環(huán)境?！叭藗冋f，‘你自認(rèn)為找到了完美的生物痕跡是不是很失望’，我們現(xiàn)在要更仔細(xì)些了，”梅多斯說。梅多斯稱通過假陽性研究，科學(xué)家能確定哪些信息需要排除。比如，溫度很高的星球（比如溫度太高不適合生活）大氣層中可能含有氧氣。光照將水分子分解為氫氣和氧氣。探測行星大氣中大量的蒸汽可以很好的確定氧氣的來源過程?！巴ㄟ^假陽性實(shí)驗我們了解到，如果想要排除假陽性猜測需要選擇這種類型的目標(biāo)而非一個，而且也要尋找這種氣體代替氧氣?！泵范嗨拐f。然而僅有氧氣存在并不能直接證明生命，氧氣和甲烷的存在。這些氣體由生物制造釋放到地球大氣層。這些氣體彼此破壞，因此需要定期補(bǔ)充?！熬拖翊髮W(xué)生和披薩的關(guān)系，”肖恩·多馬加爾·戈德曼說（Shawn Domagal-Goldman）。他是NASA戈達(dá)德宇宙飛行中心調(diào)查員，也是VPL組織成員。“如果大學(xué)生們和披薩同時出現(xiàn)，那么附近一定有個披薩送貨車或是披薩店。因為大學(xué)生們吃披薩神速。與這些生命信號一樣：生物是最快的生產(chǎn)機(jī)制。”多馬加爾·戈德曼說他還未發(fā)現(xiàn)令人信服大氣中存在氧氣和甲烷的假陽性現(xiàn)象，至少濃度足夠高才能在星際空間可見。“所以現(xiàn)在,至少對下一代的望遠(yuǎn)鏡來說，這就是我們對生命遠(yuǎn)程檢測的最強(qiáng)生物印記，”他說。盡管假陽性復(fù)雜性增加，發(fā)現(xiàn)一個大氣中含有氧氣的潛在宜居行星仍是科學(xué)家的夢想。在成千上萬的地球生產(chǎn)的化學(xué)物質(zhì)中氧氣是最好研究的生物特征（大多數(shù)含量很少從遠(yuǎn)處無法被檢測到）?！叭绻覀儼l(fā)現(xiàn)氧氣一定會高興的上竄下跳，也一定知道如何繼續(xù)研究，”麻省理工學(xué)院行星科學(xué)物理學(xué)教授薩拉·西格（Sara Seager）說?！鞍l(fā)現(xiàn)氧氣后如何繼續(xù)我們很明確。我們知道哪些假陽性情況被證實(shí)，也會更努力繼續(xù)研究。我們會用已有的望遠(yuǎn)鏡更努力的觀察。我們都會堅持不懈?！辈贿^考慮到其他星球上的生命會制造與地球完全不同平衡的化學(xué)物質(zhì)，據(jù)直觀發(fā)現(xiàn)這種可能性很大?！笆聦?shí)上在此之前我們什么也不能保證。也就是說我們必須看到那個星球及其狀況。”西格說?！坝行┦聦⑹置黠@，但大多數(shù)絕非如此?？梢哉f我們知道的有限，換句話說有所發(fā)現(xiàn)事件極其幸運(yùn)的事。
未來的望遠(yuǎn)鏡經(jīng)多年全職研究行星及其氣候，多馬加爾·戈德曼在NASA占有一席之地。在NASA他抽出一部分時間與科學(xué)團(tuán)體和望遠(yuǎn)鏡設(shè)計制造者溝通?？茖W(xué)團(tuán)體的發(fā)展使得能夠更好的尋找地外大氣，他把自己的想法告知工程師，工程師再告訴他哪些想法在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上可行。他提出在寬視野紅外巡天望遠(yuǎn)鏡（WFIRST）上安裝設(shè)備“starshade”研究系外行星和暗能量。starshade能阻擋遠(yuǎn)距離恒星的光源，使之更易看到行星反射的光（這與用帽子遮住太陽光線更容易看到地上的東西類似）。該紅外線巡天望遠(yuǎn)鏡預(yù)計將在21世紀(jì)20年代中期推出。詹姆士韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（the James Webb Space Telescope）將在2018年推出，也將提供系外行星的新信息，他被譽(yù)為哈勃望遠(yuǎn)鏡的繼任者。太陽系外行星凌日調(diào)查衛(wèi)星（TESS）將接替開普勒天文望遠(yuǎn)鏡（ Kepler Space Telescope）識別宇宙中成百上千的系外行星。這些望遠(yuǎn)鏡并不是為觀測系外行星大氣專門制造的，盡管研究人員稱這些望遠(yuǎn)鏡每個都可能提供一些宜居外星世界的數(shù)據(jù)。（為了讓這些望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行測量，行星和恒星必須以正確的方式排列，所以很難精確的說出需要收集多少樣本。）因此科學(xué)界展望用望遠(yuǎn)鏡收集潛在宜居行星的大氣。目前高清太空望遠(yuǎn)鏡（HDST）獲得的圖像分辨率比哈勃高出25倍。新的望遠(yuǎn)鏡在最近一份報告中承諾，他將將研究幾個巖石行星的大氣層，其環(huán)繞恒星的距離可能形成液態(tài)水。此望遠(yuǎn)鏡暫定在21世紀(jì)30年代推出?！罢材肥宽f伯太空望遠(yuǎn)鏡和TESS絕對會找到線索，但過程一定很艱難。但只有高清太空望遠(yuǎn)鏡能真正解決問題?！蔽鞲裾f。該技術(shù)需要完成HDST的目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的但仍在發(fā)展階段，調(diào)查團(tuán)隊稱。探測太陽系外行星的大氣是非常困難的并且代價很大，對科學(xué)家們來說確定這些行星是生活家園，數(shù)據(jù)可能太過復(fù)雜。但直到星際旅行成為現(xiàn)實(shí)，或者有智慧的外星文明被我們所知，研究系外行星大氣層可能是找到太陽系外是否存在生命的唯一機(jī)會。西格說，“這就是我們堅持研究的原因。我們每天起床，努力工作，以各種方式從事TESS工作不過是相信有地外生命存在的可能。”
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