美國太空總署研究顯示找尋外星文明可以從行星大氣層中是否有某些污染物着手

美國太空總署一項新的研究顯示，如果有先進的外星文明居住在附近的恆星系統，我們或者能夠利用自身的大氣污染對這顆行星進行探測。這項研究著眼於二氧化氮氣體的存在，其在地球上是通過燃燒化石燃料產生，但也可能來自非工業來源，例如生物學，閃電和火山。

在地球上，大多數的二氧化氮從人類活動中釋放出來，這些活動是由汽車活動和化石燃料發電廠等燃燒過程引起，在較低的大氣層（約10至15公里），與非人類來源相比，人類活動產生的二氧化氮佔主導地位。因此，在宜居星球上觀察二氧化氮可能顯示這顆星球是否有已經工業化的文明存在。

到目前為止，天文學家已經發現四千多顆圍繞其它恆星運行的系外行星。有些可能擁有適合生活的條件，在其中一些宜居的世界中，生物可能已經進化到了產生技術文明的地步。由於圍繞其​​它恆星的系外行星相距甚遠，因此科學家無法通過將太空船送往這些遙遠的星球來尋找生物或文明的跡象。相反，他們必須使用功能強大的望遠鏡才能看到系外行星大氣層內部的物質。

生物特徵的可能是大氣中氧氣和甲烷等氣體的組合。同樣，系外行星上的技術標誌，是地球上的污染物，在一些廣泛存在工業過程副產品釋放出來的氣體。

其它研究包括將氯氟烴（Chlorofluorocarbons，簡稱 CFCs）作為可能的技術特徵進行檢驗，它們是工業產品，廣泛用作製冷劑，直到後來因為會消耗大氣層的臭氧而淘汰為止。氯氟烴是一種強大的溫室氣體，可通過提供來自大氣的額外變暖，使火星等行星變質。氯氟烴根本不是由生物產生，因此，它們比二氧化氮更具明顯的技術特徵。但是，氟氯烴是非常特殊的人造化學品，在其它地方可能不普遍；相比之下，二氧化氮是任何燃燒過程的一般副產品。

研究小組使用電腦模擬來預測二氧化氮污染是否會產生可用於當前和計劃中的望遠鏡檢測訊號。大氣中的二氧化氮強烈吸收可見光的某些顏色（波長），這可以通過觀測系外行星環繞恆星運行時從它的反射光來檢測。他們發現，對於一個類似太陽的恆星運行的類似地球的行星，一個產生相同量二氧化氮的文明，因為使用未來的大型太空望遠鏡在可見光波長下進行觀測，我們可以在大約三十光年的距離內，進行約四百個小時的觀測時間。這是一個相當長的時間，但並非史無前例，因為美國太空總署的哈勃太空望遠鏡花了相似的時間進行著名的深空觀測。一光年，即光在一年中傳播的距離（大約九兆五千億公里）。相比之下，離開我們最近的恆星是超過四光年，而我們的星系約有十萬光年。

他們還發現，比我們的太陽更暗，更常見的恆星，例如K和M型恆星，會產生更強，更容易檢測到的二氧化氮訊號。這是因為這類恆星產生分解二氧化氮的紫外線較少，增加了發現外星文明的機會。

由於二氧化氮也可以自然產生，因此科學家將必須仔細分析系外行星，以查看是否有可能是由於科技社會的過量生產而來。在地球，二氧化氮排放量約佔76％，如果我們觀察到另一顆行星上有二氧化氮 ，必須運行模型以估算可能單從非工業來源獲得的最大的二氧化氮排放量。如果我們觀察到的二氧化氮超過我們的模型的數量，則有可能來自非工業來源，然後剩下的二氧化氮可能歸因於工業活動。當然，在尋找地球以外的生命時總是存在假陽性的可能，今後需要進行工作，以確保有信心將假陽性與真陽性區分開。

【圖、文：節譯自美國太空總署2021年2月11日新聞公佈】研究全文刊登在2021年2月9日出版的 arXiv 論文預印本網站