- 圖：理想的“地球2.0”將是一顆地球大小、質量相當的行星，與一顆非常像我們自己的恆星之間的距離與地-日相似。我們還沒有找到這樣一個世界，但是我們正在努力估計銀河系中可能有多少這樣的行星。有這麼多數據可供我們使用，令人費解的是，不同的估計值有多大差異。
在整個宇宙中，可以看到數萬億個星系，每一個星系通常包含數十億個恆星。在地球上，生命不僅在某種程度上產生、繁衍、複雜和分化，而且在某種程度上是智能的、技術先進的，甚至是航天的。但這些最新的發展——帶我們進入太空和信息時代——是最近才出現的，太空是巨大的。如果一個外星文明看到了我們，從他們的角度來看，我們會顯得有趣嗎？
- 圖：八大行星的軌道在偏心率和近日點（最接近點）與遠日點（最遠距離）相對於太陽的差異上有所不同。為什麼有些行星會或多或少地彼此偏心，這並沒有根本的原因；這只是太陽系形成的初始條件的結果。然而，對於水星這樣的內行星來說，凌日的幾率要大得多，水星每年要經歷4次這樣的凌日，而且與任何外行星相比，它有近2%的幾率能很好地對準，而外行星凌日的時間要長得多，對準的幾率也要低得多。
在我們的太陽系中，地球是一個岩石行星，它有一個適合生命的大氣，環繞著我們的太陽，在我們稱之為“宜居區”的地方：在距離恆星一定距離的地方，液態水，在地球的大氣中，能夠穩定地存在於行星表面。火星和金星也有可能位於這一空間區域，但金星目前太熱，火星太冷（大氣層太薄），地球上的生命無法在那裡繁衍生息。
目前，我們發現太陽系外行星的兩種最有效的方法是：
- 恆星擺動法，即繞軌道運行的行星拖拽其母恆星，使其沿著觀察者的視線擺動，並使科學家能夠確定行星的週期和質量（直至其軌道方向的不確定性），以及
- 一種凌日方法，從外部觀測者的角度看，一顆繞軌道運行的行星穿過其母星的表面，當行星的圓盤擋住恆星的一部分光線時，週期性地導致母星變暗。
- 圖：開普勒系外行星KOI-64的主經緯儀（L）和探測到位於母星（R）後面的系外行星。主要的磁通傾角是行星凌日最初是如何被發現的；額外的信息有助於科學家確定半徑和軌道週期以外的性質。
如果一個足夠先進的外星文明從很遠的地方觀察地球，而我們恰好處在正確的方向，讓我們的世界從他們的角度穿過太陽的表面，那麼他們就有足夠的理由，對發現我們世界有人居住抱有希望。
這是真的：光只能以某種有限的速度（光速）傳播，這意味著即使是最近的恆星，現在也只能從我們的行星接收幾年或幾十年前發出的信號。我們銀河系中更遙遠的恆星在幾百年前或幾千年前就看到了地球，而遙遠星系中的觀察者則認為我們是幾百萬年甚至幾十億年前。儘管如此，即使在幾十億光年之外，也能發現我們星球上有人居住的跡象，因為每當發生過境時，外星人可能會拍下地球大氣層的光譜。
- 圖：這是美國宇航局系外行星計劃中不同元素的一個例證，包括地面觀測站，如W.M.Keck觀測站，以及天基觀測站，如哈勃、斯皮策、開普勒、凌日系外行星觀測衛星、詹姆斯·韋伯太空望遠鏡、廣域紅外觀測望遠鏡和未來任務。苔絲和詹姆斯韋伯的結合將揭示迄今為止最像月球的外衛星，甚至可能在他們恆星的可居住區，而地面30米望遠鏡，wfirst，以及可能下一代天基天文臺，如LUVOIR或HabEx，能真正找到人類夢想已久的東西：太陽系以外的有人居住的世界。
當地球經過太陽前面（或任何行星經過其母恆星前面）時，與之碰撞的星光：
- 地球表面被阻塞，導致磁通量下降，從而宣告了行星的存在，
- 沒有任何東西，完全錯過的行星，只是從恆星向觀測者自由流動，構成了背景光，
- 主要通過地球的大氣層（但不是表面），大氣中的原子和分子將吸收光的一小部分。
被吸收的光會激發它們碰撞的原子或分子，這會導致大氣光譜中出現吸收或發射特徵。在太陽系以外的行星大氣中，我們已經利用這項技術發現了氫、氦等原子，甚至水等分子。
- 圖：當一顆行星在它的母恆星前面運行時，一些光不僅被阻擋，而且如果有大氣層存在，就會通過它過濾，產生一個足夠精密的天文臺能夠探測到的吸收或發射線。如果有有機分子或大量的分子氧，我們可能也能找到。在未來的某個時候。重要的是，我們不僅要考慮我們所知生命的特徵，還要考慮我們在地球上找不到的可能生命的特徵。
如果一個外星文明能夠在過去的20億到25億年中的任何時候觀測到我們的星球，他們就會發現一個星球，它的大氣層主要由氮氣構成，但同時也含有大量的分子氧，水汽和氬氣將佔大氣的1%左右，然後會有微量的二氧化碳、甲烷、臭氧和其他一些值得注意的化合物。
如果我們在另一個世界而不是在我們自己的世界裡發現這種氣體的組合，它將是一把永恆的“冒煙槍”。我們知道有一些無機途徑可以在行星上獲得大量氧氣，但如果沒有生命，達到5%或更高的水平似乎是極不可取的。在一個以氮為主的大氣中，氧氣的存在對生命更有利，因此如果地球為了一個外星文明而穿越太陽表面，我們將是一個非常有趣的世界，即使在恐龍時代。
- 圖：儘管地球整個歷史中不同大氣成分的確切比例不得而知，但在25億年前，大氣中存在大量甲烷，幾乎沒有氧氣。隨著氧氣的到來，甲烷被破壞，地球上最大的冰河時代開始了。然而，這些大氣變化是由生物過程驅動的；探測到一個生物變化的大氣可能是我們發現太陽系以外的外星生命的第一個線索。
這是一種尋找潛在有人居住的星球的可靠方法，但它只適用於從外部遙遠的觀測者的角度偶然與母星對齊的行星。這就是未來的天文臺，如詹姆斯韋伯太空望遠鏡或目前正在建造的30米地面望遠鏡，計劃在離地球最近的行星上尋找潛在的生物信號。
然而，如果我們只使用過境技術，我們肯定會錯過大多數有人居住的世界。如果這條路線偏離了一個很小的量——對地球這樣的行星來說，偏離了幾分之一度——那麼這條路線根本不會發生，我們也就沒有辦法探測它的大氣成分。但我們還有希望，因為還有另一種技術不依賴於幸運的對準，可以通過技術上可預見的改進，將其帶到我們的可觀測範圍內：直接成像。
- 圖：這張來自哈勃望遠鏡的可見光圖，顯示了新發現的北落師門B號行星圍繞其母星運行。這是第一次在太陽系之外用可見光觀測到行星。然而，在直接成像方面，要發現一個系外衛星外，需要更先進的技術才能實現，或者可以歸因於智能外星人的高級特徵。
由於哈勃太空望遠鏡（以及後來的地面自適應光學系統）的強大威力，我們已經拍攝了第一張系外行星的直接圖像，甚至親眼目睹了它們圍繞其母恆星的軌道運行。通過使用日冕儀或星影儀等儀器，我們可以阻擋母星（可能有人居住的行星軌道）的光線，只成像感興趣的行星。
僅僅從一個像素，如果我們願意花大量的時間，等待和觀察遙遠的世界，我們不僅可以判斷它是否有人居住，而且我們還可以尋找到一些，我們在地球上發現的有關該行星最引人注目的特徵。通過拍攝行星的直接圖像並量化不同時間到達的各種波長的光，我們可以瞭解一長串通過拍攝行星的直接圖像並量化不同時間到達的各種波長的光，我們可以瞭解許多關於該行星的屬性。
- 圖：早在20世紀20年代，星影概念就可以實現系外行星的直接成像。這幅概念圖展示了一臺使用星影的望遠鏡，使我們能夠成像圍繞恆星運行的行星，同時將恆星的光遮擋到100億分之一以上。
從短週期變化和反覆出現的光譜特徵，我們可以確定行星的軌道週期。
從行星的顏色，我們可以確定世界上有多少水被覆蓋在陸地與冰之間，並且如果存在的話，就可以探測到雲層的存在。
（行星圍繞其母星進行一次完整的旋轉），我們可以確定：
- 它的軌道性質（從相位來看）
- 土地是否隨著季節的推移而重新變成綠色、棕色和綠色（從光度觀測來看）。
- 而且，有了足夠先進的技術，我們甚至可以確定是否有任何類型的人工照明意外地照亮了行星的夜晚。
- 圖：這張夜間地球的合成圖像顯示了人工照明對我們的星球在不受陽光照射的部分的影響。這個圖像是基於1994和1995的數據構建的，而介入的25年在地球上的夜晚創造了大約兩倍的光的增加。我們征服了黑夜，但付出了巨大的環境代價。有了足夠先進的望遠鏡，外星文明就能探測到這些人造光，並推斷出地球上居住著智慧的“外星人”。
對於一個不到100光年遠的觀測者來說，人工照明對於一個足夠大的望遠鏡來說是可見的，並且經過優化可以看到這種微弱的光。人類通過人工照明徵服了黑夜，這是一項驚人的科技壯舉，但代價是：植物、動物和其他生物已經適應了數十億年的進化，失去了自然的黑暗。
然而，有一個我們通常不會考慮的好處：事實上，我們已經修改了我們星球的自然外觀，這意味著一個足夠智能的外星物種觀察我們，可以推斷出一個改變行星的物種的存在。這不是穩操勝券的事，但這樣的“簽名”是一個強烈的暗示，地球不僅有人居住，而且居住著一個聰明，技術先進的物種。
- 左圖為DSCOVR-EPIC相機拍攝的地球圖像。對，同一張圖像的分辨率降低到3×3像素，類似於研究人員在未來的系外行星觀測中看到的情況。
如果沒有第二個宇宙中的生命的例子，我們只能推測在一個可能適宜居住的星球上產生生命的幾率是多少。銀河系中可能還有數十億個其他世界，它們現在就有生命，或者地球可能是唯一的一個。在銀河系的眾多行星上，可能有一個複雜的生命維持數億年甚至數十億年，或者地球可能就是它。
最後，在我們的星系中可能有成千上萬的外星物種，或者人類可能是整個可見宇宙中最先進的生物。直到我們找到第二個生命的例子，知道我們並不孤單，我們所能做的就是推測和限制那些不存在的東西。
- 圖：已知有四顆系外行星圍繞著HR 8799恆星運行，它們的質量都比木星大。這些行星都是通過7年的直接成像探測到的，這些行星的週期從幾十年到幾百年不等。在我們的太陽系中，內行星圍繞恆星的旋轉速度更快，外行星的旋轉速度也更慢，正如引力定律所預測的那樣。有了下一代的望遠鏡，比如JWST，GMT和ELT，我們也許能夠測量離我們最近的恆星周圍的類地行星或超類地行星。
我們從其他文明中尋找的同樣的信號——大氣信號、以特定方式演化的地表特徵、衛星和航天器，甚至像調頻無線電波這樣蓄意、信息豐富的信號——使我們自己的文明同樣（或更多）被先進的外星生物探測到。即使在很遠的地方，有人居住的行星也可以被辨認出來，但是，只有那些與我們文明相接近或更高級的文明，才能察覺到一個有著先進技術的生物居住的地球，才能探測到我們目前的文明狀態。
儘管宇宙中的大多數星系距離地球有幾十億光年，但在遠離地球幾百光年內有數百萬顆恆星。這意味著數以百萬計的行星，數以百萬計的生命機會，甚至數以百萬計的智能外星人的可能性。如果附近有這樣的一個行星世界，即使相隔巨大的宇宙距離，也不會阻止我們找到它們，就像它們有能力發現我們一樣。
光速可能是一個限制因素，但只要有足夠的時間，人類的影響就會對居住在600多億星系中的任一星系的任何人可見。這可能不利於最快的對話，但是在地球之外發現一個外星生命的例子，將永遠改變我們的生存觀。
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