心我在人就在
鑑於人類已經瞭解了宇宙的眾多知識，似乎不可能將地球作為唯一擁有生命的行星。 地球只是我們太陽系中的許多行星世界之一，其表面或下方有岩石表面，稀薄的大氣層和水（甚至可能是液相）。 我們的銀河系本身包含數千億顆恆星，幾乎所有恆星都有行星，其中一些是可宜居住的，甚至可能是有“人”居住的。
圖注：該插圖是對PSR 1257 + 12周圍世界的構想，這是1992年發現的第一個類太陽系外行星系統。該星系擁有類地行星，但它們本身並不意味著有外星人，至少不是存在我們認識到外星人的情報。
除銀河系外，整個可觀測的宇宙中還散佈著約兩萬億個星系。 生命的原始成分，包括所有已知的生物過程所基於的原子和有機分子，在我們所看到的任何地方都可以找到，從隕石內部到星際空間中的氣雲再到形成新恆星的原行星盤。問題不應該在於宇宙中是否存在生命，而是我們如何首先找到它。
- 圖注：如果一艘外星飛船抵達地球上的陸地，第一次接觸的情況可能會如此。
現在有四種尋找外星生命的方法，從最被動到最主動。
- 等待它們的到來。假設存在外星人，其中一些人可能是太空旅行者，並且能夠訪問地球。如果我們想探索這個選項，我們要做的就是等待。
- 搜索它們的無線電信號。如果那裡有聰明的外星人，那麼它們可能會產生可檢測的存在跡象信號，搜索這些信號可能會發現它們。
- 直接在其他行星上尋找生物特徵。技術不先進的外星人可能更常見，如果我們能通過仔細而複雜的觀察，發現它們在其他世界的特徵，那可能揭示了外星人的生活。
- 在我們可以訪問的星球上尋找實際的生物。在該星球上，我們可以近距離觀察和測量，例如在太陽系內，不是源自地球生命的後代的單個生物將是一場革命。
- 圖注：儘管傳統上我們與外星文明建立聯繫的夢想，植根於直接拜訪或拾取整個銀河系中傳輸的智能信號，但這些仍然是長遠的可能性。 但是，真正的技術可能使我們能夠比玩這種宇宙彩票更早地發現生命世界，也許生命在宇宙中遠比想象豐富。
即使我們採取了像搜尋地外文明計劃（Search for ExtraTerrestrial Intelligence，簡稱SETI計劃）這樣的努力，在SETI計劃中，人類積極地傳播信號，意在傳遞信號給可能接收到這些信號的智能外星人，所有依賴於有目的的交流或與外星生命互動的選擇都落在同一個保護傘下。也許我們首先會通過這種積極的方式發現的外星生命，如果幸運的話，我們會在有生之年第一次接觸。
但是，儘管在許多不同波長的光中，尤其是在各種無線電波段中，都採集了大量數據（數PB），但仍未檢測到任何令人信服的信號。積極地尋找外星情報就像在不知道賠率的地方玩彩票。即使我們購買了銀河系中每個其他恆星系統的門票，也可能永遠不會中獎。
圖注：今天，我們知道有超過4,000個已確認的系外行星，其中開普勒數據中發現的超過2500個。 這些行星的大小有的比地球小，有的比木星大。 但是由於開普勒的大小和飛行任務的持續時間的限制，大多數行星都非常熱並且靠近它們的恆星，並且角間距很小。凌日系外行星勘測衛星(TESS)所發現的第一批行星也存在相同的問題：它們都處在高溫且軌道緊密的地方。 只有通過專門的長期觀測（或直接成像），我們才能探測到具有較長週期（即多年）軌道的行星。新的和不久的將來的天文臺已經面世，應該發現這些新世界。
但是，不管智能外星人的存在，另外兩項努力可能更快發現外星生命。已發現的系外行星的爆炸——現在超過4，000顆，並且還在繼續上升——增加了一種誘人的可能性，即我們可以檢查這些世界的表面和大氣（以及尚未發現的行星），確定它們是否具有生物活性。
隨著我們從10米級地基望遠鏡時代發展到30米級天文望遠鏡，我們的分辨率和聚光能力將大大提高，從而能夠檢測和直接成像類太陽恆星周圍的地球大小的行星。宜居系外行星天文臺(HabEx)和大型紫外/可見光/紅外探測衛星（LUVOIR）可以使用日冕儀和星狀陰影來直接拍攝這些行星的圖片，還可以將它們的光分解成各個波長，並測量該光隨時間的變化。
圖注：當一顆行星在其母恆星的前方經過時，不僅某些光被遮擋，當一顆行星在其母星前面經過時，一些光不僅會被阻擋，而且如果存在大氣層，會過濾它，形成吸收或發射線，一個足夠精密的天文臺可以探測到這些特殊的射線。如果有有機分子或大量的分子氧，我們也可以找到。
如果你能從遙遠的距離獲取地球的光譜，你會注意到一些不尋常的事情。在其中，您可以立即找到：
- 我們的大氣主要由氮和氧組成，
- 含有二氧化碳、甲烷和臭氧，
- 暗示著人為創造的超複雜化合物，例如氯氟烴，
- 以及更多。
如果有其他世界在數十億年的生命中改變了行星的大氣層，那麼直接成像或透射光譜都可以發現它們。只要您可以將行星大氣中的光分解成各個波長，這種數據就可以轉換成大氣成分的粗略“分子圖”。
- 圖注：開普勒的K2任務發現了太陽系外行星K2-18b，研究該行星的兩個小組中有一個小組能夠從過境數據中提取水信號。然而，它是水蒸氣，而不是液態水，只有在某些（未經測試的）大氣情景下，液態水才有可能出現在這個世界上。
除了光譜學之外，有人居住的行星將提供生物活動的簡單線索，即使它只佔探測器中的一個像素。如果這顆行星有可變的部分雲層覆蓋，我們就能探測到。如果它有大陸和海洋，行星的自轉和顏色將揭示這一點。如果它隨著季節的變化而變綠變黃，或者當行星繞其恆星運行時冰蓋變大變小，即使是粗略的直接成像也能向我們展示這一點 。
就像地球在夜間發出自己的非自然光一樣，足夠靈敏的儀器也許能夠檢測到夜間文明的人工照明。如今，對我們世界而言，僅光汙染就可能成為尋找我們的足夠好奇和足夠先進的外星物種的燈塔。隨著21世紀的發展，我們的檢測能力可能會增強，從而使這種可能性成為現實。
- 圖注：夜晚的地球會發出電磁信號，但要用令人難以置信的分辨率的望遠鏡才能從光年中產生出這樣的圖像。人類已經成為地球上一個智慧的，技術先進的物種，但是即使這個信號被抹去了，也仍然可以通過下一代直接成像來檢測到。
但是，與外星生物直接接觸並在系外行星周圍發現生物特徵（或者更準確地說，生物暗示），只是發現外星生命的三種主要可能性中的其中兩種。離地球最近的一個，也是這場競賽的第三大競爭者，是尋找在太陽系其他星球上繁衍生息的真正的生物有機體。
儘管有許多可能使這項研究取得成果，但它們可分為三類：
- 在大氣中的生命，例如在金星上大約100公里的高空條件與地球表面的溫度，pH和大氣壓力大致相同。
- 生活在岩石世界表面的生命，要麼在該世界有地下的或暫時的液態水（如火星上的），要麼有液體池（如土衛六上的甲烷）。
- 或是出現在液態海洋中的生命，它們生活在眾多候選星球之一的冰凍表面之下：歐羅巴、土衛二、海衛三、冥王星等。
- 圖注：火星上有多種可能產生甲烷的途徑，包括生物途徑和地質途徑。也有可能兩者都有貢獻，而美國宇航局的火星2020任務或許能夠梳理出這兩種情況之間的區別。
與其他可能性不同的是，這些世界的近在咫尺意味著我們可以發射太空探測器——或者如果資源允許，發射載人任務——能夠直接在另一個世界上發現生物。在金星的雲頂，單細胞生命可能在與已知細菌在地球上繁衍生息的環境非常相似的條件下繁衍生息。
在火星表面，定期觀察到季節性甲烷爆發的奇怪跡象。儘管最常見（也是世俗的）解釋是這只是一個星球化學過程，其中甲烷是由於一些地下化學物質，以季節性週期性相互作用的方式散發的，但某些生物，有機過程也可能導致甲烷排放甲烷爆發。美國宇航局的火星2020任務計劃於7月發射，2021年著陸，應該能夠確定這種暗示性化合物的性質。
- 圖注：科學家們幾乎可以肯定，歐羅巴的冰面下有海洋，但他們不知道這塊冰的厚度有多厚。 該插圖通過歐羅巴的冰殼展示了兩種可能的剖視圖。在這兩種情況下，熱量都可能從歐羅巴的岩石地幔中逸出，並由海流帶動上升，但是細節會有所不同，並且會導致美國宇航局的Clipper探測器上的儀器具有不同的可觀察到的特徵。
但也許最吸引人的可能性是，一個擁有巨大、深、鹹的亞表層海洋的世界——特別是在圍繞一個巨大、氣態巨行星的軌道上，這顆行星可以因潮汐而提供內部加熱——在其浩瀚的海洋中孕育著某種生命。生命的要素都在那裡，包括一個熱源、一個水環境、合適的原子和分子、大量的時間、以及不穩定的溫度或電離輻射方面的不可破壞性。
木星的木衛二含有大量的水，表面有裂縫，表明冰面和液體內部之間有某種類型的輸送，並將在本世紀晚些時候看到 Clipper 任務訪問它。一些科學家對這種可能性非常樂觀。土衛二，土星的冰，噴泉豐富的衛星，甚至有可能噴發生物有機體到羽狀物上升超過300公里的表面。
- 圖注：這是2005年11月27日用卡西尼太空船窄角照相機拍攝的土衛二南半球噴流（藍色區域）的假彩色圖像。這些噴出的羽狀物上升到300多公里高，並含有從深海底湧出的液態水。
如果外星生命存在於我們的太陽系世界中，例如火星或歐羅巴，我們將最終發送具有發現這些生物特徵的能力的太空探測器。如果生命存在並在附近的系外行星上繁衍生息了很長時間，那麼直接成像或過境光譜學作為可靠證據，來揭示這種行星變遷的跡象。而且，如果智慧外星人試圖與我們聯繫，我們將比以往任何時候都更有能力接收這些信標。
只要人類存在，我們就一直想知道是否只有地球上存在生命，在茫茫宇宙中，我們是否孤獨，或者其他生命形式是否存在於我們自己星球之外的世界中。隨著2020年代的到來，我們在所有三個可能方面發現生命的前景比以往任何時候都更好。可以說，最大的問題不是我們是否孤獨，而是我們如何以及在哪裡找到我們在地球上以外生命的第一個證據。
