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為了在宇宙中找到外星生命，科學(xué)家們已經(jīng)考慮過搜尋光學(xué)激光器或是類似于戴森球的大型能量收集設(shè)施。如今，科學(xué)家又提出了一種更為普通的搜尋建議，尋找系外行星大氣中的空氣污染。

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上圖為某一系外行星上高等外星文明的概念示意圖。有新研究表明，就像生活在地球上的人類一樣，其他外星生命也會(huì)對(duì)其所居星球造成相應(yīng)的空氣污染。如果是這樣，我們就能通過檢測(cè)外星污染來確定外星生命的存在。圖源自 NASA /Jay Freidlander。

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早期的SETI(搜尋地外文明)只專注于尋找人為無線電信號(hào)，可現(xiàn)在許多SETI的搜尋范圍已經(jīng)擴(kuò)展到尋找來自遙遠(yuǎn)外星文明的先進(jìn)技術(shù)跡象?？茖W(xué)家們現(xiàn)在正在探討甚至開始尋找來自光學(xué)激光器或像戴森球一樣的大型設(shè)施的信號(hào)。2021年2月10日，NASA戈達(dá)德太空飛行中心的研究員們宣布了另外一種搜尋方案，這種方案讓人們聯(lián)想到了我們自己——如今的地球文明。他們建議觀測(cè)系外行星的大氣，尋找空氣污染的證據(jù)。

戈達(dá)德太空飛行中心的研究員主要想在系外行星的大氣中尋找二氧化氮?dú)怏w。地球上的二氧化氮?dú)怏w產(chǎn)生于早期的化石燃料燃燒。當(dāng)然，自然界中的生物活動(dòng)、閃電或火山噴發(fā)也能產(chǎn)生二氧化氮。有一篇關(guān)于此項(xiàng)研究的新論文，雖未經(jīng)過同行評(píng)審，但已于2月9日提交給了arXiv網(wǎng)站（一個(gè)收集各領(lǐng)域論文預(yù)印本的網(wǎng)站），并將發(fā)表在《天體物理學(xué)》雜志上。論文的第一作者Ravi Kopparapu在一份聲明中解釋道：

在地球上，大部分二氧化氮來自人類活動(dòng)，例如汽車尾氣排放和化石燃料發(fā)電廠的運(yùn)轉(zhuǎn)。在低層大氣中（距地面約10~15公里范圍內(nèi)），人類活動(dòng)產(chǎn)生的二氧化氮量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了自然界產(chǎn)生的二氧化氮量。因此，觀測(cè)到宜居行星上有二氧化氮?jiǎng)t預(yù)示著工業(yè)文明的存在。

該項(xiàng)研究和其他類似的研究都基于這樣一個(gè)事實(shí)：科學(xué)家們推測(cè)，地球之外的化學(xué)反應(yīng)方式與地球上的化學(xué)反應(yīng)方式相同。

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地球上的二氧化氮主要來自于汽車尾氣和化石燃料發(fā)電廠產(chǎn)生的廢氣。二氧化氮真的可以成為我們?cè)诿ＣＳ钪嬷袑ふ彝庑俏拿鞯囊罁?jù)嗎？圖源自網(wǎng)絡(luò)。

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科學(xué)家們也對(duì)尋找系外行星大氣中的某些混合氣體充滿興趣，例如甲烷和氧氣的混合氣體，這種混合氣體是某種活躍生物存在的證據(jù)。科學(xué)家認(rèn)為二氧化氮是一種可能的技術(shù)特征，而某些混合氣體可能是生物本身存在的標(biāo)志。新論文的合著者Jacob Haqq-Misra說道：

還有一些研究認(rèn)為氯氟烴是一種可能的技術(shù)特征。氯氟烴是工業(yè)產(chǎn)物，被廣泛用作制冷劑，但它損耗臭氧，后來又被淘汰。氯氟烴也是一種強(qiáng)大的溫室氣體，它可以通過從大氣中提供額外的暖化作用來改造像火星這樣的行星。據(jù)我們所知，氯氟烴不由生物產(chǎn)生，因此它的技術(shù)特征比二氧化氮更加明顯。然而，氯氟烴又是一種非常特殊的人造化學(xué)品，它可能不會(huì)普遍存在于地球之外的環(huán)境中；相比之下，二氧化氮卻是一切燃燒的普通副產(chǎn)品。

這種可能性看起來很合理。如果我們對(duì)地球大氣的污染是常態(tài)化的，其他行星上的文明也會(huì)如出一轍嗎？要解答這個(gè)疑問，還需要考慮很多問題。例如，一個(gè)存在了多久、先進(jìn)程度有多高的文明才會(huì)產(chǎn)生這樣的跡象？先進(jìn)程度遠(yuǎn)高于我們的外星文明是否已經(jīng)通過技術(shù)革新消除了污染跡象？

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上圖為戈達(dá)德太空飛行中心的Ravi Kopparapu，新研究的領(lǐng)頭人。圖源自戈達(dá)德太空飛行中心。

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研究員們是如何確定搜尋作為外星生命活動(dòng)副產(chǎn)品二氧化氮的可行方式的？系外行星離我們十分遙遠(yuǎn)，人類目前的望遠(yuǎn)鏡能觀測(cè)到它們嗎？通過計(jì)算機(jī)建模，研究員發(fā)現(xiàn)，如果在離我們30光年遠(yuǎn)的地方存在一個(gè)外星文明，該文明產(chǎn)生的二氧化氮量與我們相當(dāng)，那么即將投入使用的NASA大型望遠(yuǎn)鏡運(yùn)作400小時(shí)就能發(fā)現(xiàn)它。400小時(shí)是相當(dāng)長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)間，但也大致相當(dāng)于哈勃太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)深空的觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)。

研究還表明，如果系外行星公轉(zhuǎn)恒星的溫度比太陽的溫度低（如一顆紅矮星），我們將更容易觀測(cè)到它的二氧化氮。因?yàn)闇囟雀偷暮阈巧l(fā)更少的紫外線，而紫外線可以消殺二氧化氮。紅矮星比類日恒星多得多，在銀河系中比比皆是。

如果我們?cè)谙低庑行巧咸綔y(cè)到了二氧化氮，如何辨別其來源呢？是自然產(chǎn)生，還是人為排放？這要經(jīng)過仔細(xì)分析才可知曉。正如新論文的另一位合著者Giada Arney的闡述：

地球上約76%的二氧化氮來自工業(yè)活動(dòng)。如果我們?cè)诹硪活w行星上探測(cè)到二氧化氮，我們首先會(huì)通過建模來估計(jì)自然界中二氧化氮含量的最大閥值。如果探測(cè)到的二氧化氮量比模型中顯示的多，則多出的部分就可能來自工業(yè)活動(dòng)。然而，在找尋地外生命的過程中，總是會(huì)出現(xiàn)假陽性的錯(cuò)誤，在未來的工作中我們要有自信，確保能辨別真陽性和假陽性。

然而，即使進(jìn)行廣泛的觀測(cè)，也不容易看見二氧化氮。云層或氣溶膠可能會(huì)阻礙觀測(cè)，因?yàn)樗鼈兾展庾V上相似的波長(zhǎng)。

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上圖為戴森球或戴森環(huán)，高度發(fā)達(dá)的外星社會(huì)假想設(shè)施，用于收集恒星能量為己所用。它們是科學(xué)家正在尋找的另一種技術(shù)特征。圖源自維基百科。

NASA在2018年召開了一場(chǎng)技術(shù)簽名研討會(huì)，該研討會(huì)聚焦搜尋外星智慧生命的新方法。這些方法包括：尋找光學(xué)激光脈沖，尋找比我們更加先進(jìn)的文明建造的大型設(shè)施，或?qū)ふ移渌赡芨淖冃行黔h(huán)境方式的標(biāo)志。研討會(huì)激發(fā)了科學(xué)家尋找外星智慧生命的新興趣，但更多的科學(xué)家想拓寬尋找智慧生命的途徑，這是一項(xiàng)偉大的事業(yè)。

我們不知道第一份外星生命的證據(jù)是什么，也不知道它何時(shí)會(huì)出現(xiàn)，但如果二氧化氮污染理論成立，它將完美反映我們自己的地球文明。

結(jié)語：NASA的科學(xué)家提出了一種搜尋外星文明的新方法：尋找系外行星的大氣污染，這種污染與地球大氣污染相似。

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作者：Paul Scott Anderson

FY：Astronomical volunteer team

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