科學家預計，幾乎星系中的每顆
恆星周圍都可能有行星環繞。在太陽系之外的行星被稱為“系外行星”。系外行星的發現速度非常迅速，自1992年第一次發現以來，我們已經確認找到了超過3700顆的系外星系。接下來我們想要知道的是：在這些行星中，是否存在著可以孕育出生命的星球？如果有的話，當我們在別的星球看見生命時，能否將它們識別出來？
○ 目前已確認的3700個系外行星，被按照溫度和質量分為18種類別。每種類別中的系外行星數量顯示在每一格的中心，左下角顯示的為百分比。圖中還顯示了恆星系統的數量（右上角）。| 圖片來源：PHL @ UPR Arecibo
為了回答這些問題，NASA於三年前成立了NExSS這樣的一個專門用於研究系外行星系統科學的國際科學家網絡。NExSS集結了各個學科領域的頂級研究人員，目的是為了更好的理解該如何描繪以及尋找系外行星上的生命跡象——也就是所謂的生物特徵。生物特徵可以被定義為任何為生命存在提供證據的現象、物質或物質組。這些生物特徵包括影響地球大氣化學成分的氣體，以及由於生物體在海洋和陸地上的居住而導致的星球表面特徵的改變。
不久前，NExSS的科學家們在《天體生物學》上發表了五篇全面的綜述論文，對最有可能的生命特徵進行了盤點。論文提出了在搜尋系外生命過程中存在的幾個問題，並提出了相應的解決方案。其中的一個主要問題是，
科學家需要知道如何區分那些真正有生命的世界，以及那些“偽裝”成有生命的貧瘠星球。 ○ 發表於《天體生物學》的一系列論文是由一批天體生物學、行星科學、地球科學、太陽物理學、天體物理學、化學和生物學領域的頂級研究人員在近兩年的研究成果。| 圖片來源：[1]
由於我們目前無法前往這些系外行星，因此必須依靠望遠鏡來搜索這些生命跡象。而這種級別的觀測需要將我們將望遠鏡技術推向極限。萬眾矚目的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）雖然一再被推遲發射，但一旦投入運行，將可以探索一些小型岩石行星的大氣層。其他的一些天文臺，例如位於智利的巨型麥哲倫望遠鏡（GMT）和極大望遠鏡（ELT），正計劃裝備一系列精密的儀器，以能夠探測到遙遠世界的第一批生物印記。這些新的技術不僅可以改善對遙遠星球的大小和軌道的評估，還可以更深入地分析它們的大氣與表面的屬性。通過觀察到的這些數據，科學家或許便可以確定在這些行星上是否有潛在的生命。
○ 生命可以在大氣層和行星表面留下“指紋”。這些潛在的生命跡象，或者說生物特徵，可以被望遠鏡檢測到。| 圖片來源：NASA/Aaron Gronstal
在新發表的論文中，科學家表示他們將計劃搜尋的信號類型主要有兩類：一類是生物可以產生的氣體，例如植物和微生物可通過光合作用產生的氧氣。另一種是對由生物體所反射回的光線進行收集，例如顏色（如葉子的綠色）、或為海洋中的藻類提供顏色的色素。
我們從地球上就可以觀察到遙遠世界中的這類生物特徵，但這些生物特徵對於一些新的系外行星將可能非常不同。例如，許多已經發現的有潛力存在生命的行星，圍繞著的都是比較冷的恆星，這些恆星釋放的光處於光譜中的紅外波段，而不是像太陽那樣釋放出大量的可見光。
因此面對“一個有生命的星球將是什麼樣子”的問題，我們必須接受更多的可能性。在一個星系中，存在著如此眾多且多樣化的星球，因此生命完全可能出現在非常不同的環境中。例如，我們可能會找到紫色的生命，而不是我們熟悉的那些在地球上由綠色主導的生命形式。因此對科學家來說，將廣泛的生物特徵納入考量是非常有必要的。
科學家斷言，氧氣作為在地球上由光合生物產生的氣體，也仍可能是其他星球最有前景的生物特徵，但這也並不絕對。行星上的一些非生物過程也同樣可能產生氧氣。並且，就算某顆行星看起來缺乏可探測水平的氧氣，但它仍然有可能存在生命——這正是發生在地球大氣聚集氧氣之前的情況：在生命已經非常豐富的早期地球上，我們並無法尋得氧氣的蹤跡。因此這個故事告訴我們的是，看到或看不到某種單一的生物特徵並不能證明或否定生命的存在，我們更應關注的是整體環境。
○ 非生物過程可以“欺騙”我們，讓我們將一個貧瘠的星球誤認為有生物存在。與其測量某種單一的生物特徵，我們更應該考慮一系列能構建生命的生物特徵。| 圖片來源：NASA/Aaron Gronstal
NExSS的科學家認為，與其檢測某一種單一的生命特徵，我們應該研究的是一整套特徵。行星必須通過它自身的特徵及其所環繞的母星特徵，以展示它能夠支持生命的存在。
NExSS科學家將根據所有現有的證據，創建一個可以量化行星生命可能性的框架。通過對越來越多的行星進行觀察，科學家或許能開始更廣泛地對“生命世界”與“非生命世界”進行分類。
他們首先量化的是在其他星球上出現生命的幾率以及其生物特徵的清晰度，這是一項非常重大且艱鉅的挑戰。相對而言，天文學家從系外行星上收集的數據將比較稀少；他們無法從這些行星中獲取大量樣本，而只能從反射回的光線中獲得一些數據。通過望遠鏡收集到的光數據，他們可以對生命在這些大氣氣體和地表留下的“指紋”進行分析，並儘可能地辨別出系外行星。這包括對地球大氣成分和氣候以及海洋和大陸存在的推斷。通過系統地結合這些信息並發展新的模型，科學家將能夠分析來自這些行星的數據是否能以生命存在來作為最佳解釋。基於這些模型，他們將設立生物是否存在於那個世界的可信度。所有的這些新工作都需要以綜合方式來對行星進行考量，其中包括多個學科領域和多種觀點。
○ 由於我們從行星上收集的數據將非常有限，因此科學家將需要根據所有可用證據對系外行星生命的可能性進行量化，並有必要進行後續觀測以予以確認。| 圖片來源：NASA/Aaron Gronstal
對於我們是否能在其他星球找到生命？目前我們並不能給出一個確切地“是”或“否”的答案。然而，現在我們所做的一切，或許終將能夠幫助我們解答一個深刻的問題：在這浩瀚的宇宙中，我們是孤獨的嗎？
[1] https://www.liebertpub.com/toc/ast/18/6
[2] https://www.nasa.gov/feature/will-we-know-life-when-we-see-it-nasa-led-group-takes-stock-of-the-science
[3] https://phys.org/news/2018-06-scientists-strategies-life-earth.html
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