如何找到地外生命

地球发射或反射出的辐射在穿越地球大气层时，其中一部分会被大气中的各种气体阻挡吸收，通过对地球光谱的“缺失”部分进行研究，就能知道地球大气层的组成，并以此找到“生物标志物”。如果在一颗系外行星的大气层中找到相关分子——生物标志物，就说明在这颗行星上有生命存在。

科学家通过对不同大气成分的来源进行模拟之后得出结论，唯一能够证明生命存在的标志物就是氧气、二氧化碳、水蒸气的组合。如果在大气层中同时找到氧气、二氧化碳、水蒸气，就说明存在光合作用，而光合作用是随着生物演化产生出来的现象，有光合作用就意味着有生命。

当行星凌星时，来自恒星的光穿过行星的大气层，行星大气中的某些分子会吸收掉一部分恒星光，天文学家获得这种光谱之后，分析光谱中缺失的部分就可以推断出行星大气层中包含的成分，通过这种方式寻找臭氧、水、二氧化碳、甲烷这些生物标志物。这种技术被称为凌星透射光谱学（图5-20），这是目前探测系外行星大气成分最成功的技术。比如詹姆斯·韦布空间望远镜就可以研究凌星光谱，分析系外行星的大气特征。

为了寻获外星生命的踪迹，科学家还制订了不同的计划，这些计划都以两种观测技术为基础，分别是星冕观测法和干涉测量法。星冕观测法适用于可见光，干涉测量法适用于红外线，由于工作波段不同，要探测的生物标志物也不同：可见光针对的是氧气、水蒸气、叶绿素，红外线针对的是臭氧、水蒸气、二氧化碳和甲烷。

图5-20 凌星透射光谱示意图

星冕观测法前文已经提到过，一种是在望远镜内部安装遮光板，可以遮掩恒星发出的光线，以使望远镜探测到行星的光线。另一种是带外置式遮光装置的空间望远镜。遮光装置直径达50多米，放置在离望远镜足够远的地方。这样的遮光装置，几乎可以挡住恒星全部光线，就和发生日食的时候，月球挡住太阳光线一样，而行星光线却不受影响。通过这两种挡光办法，科学家就可以直接获取行星的光谱，进而分析其中是否包含生物标志物。

图5-21 干涉测量望远镜示意图

还有一种就是干涉测量法。恒星和行星的光线分别从略微不同的角度射入空间望远镜的镜面，信号搜集器会对恒星的光线和行星的光线进行区分，通过干涉让恒星光波相互抵消，仅保留行星的光线。干涉测量法利用了光的波动性质，将两个指向同一颗恒星的望远镜接收到的光束组合在一起，使一束光的波峰与另一束光的波谷重叠，相互抵消，这样就可以把恒星亮度降到足够低。但是来自该恒星附近的行星发出的光不会抵消，通过这种方式，可以不受其主星眩光的影响，进而观测到微弱的行星系统。为了观察一颗恒星的宜居带，这些观测最好在波长接近10微米的光波（红外线波段）上进行，因为物体在液态水温度下的热辐射在这些波长上最强。目前这种技术还在研究探索阶段，图5-21是设想中未来采用干涉测量法探测系外行星的空间望远镜。