生命的成分是遍布整个宇宙。虽然地球是宇宙中唯一已知存在生命的地方，但探测地球以外的生命是一项艰巨的任务主要目标的现代天文学和行星科学。
我们是两位研究的科学家系外行星和天体生物学。在很大程度上要感谢像詹姆斯·韦伯这样的下一代望远镜，像我们这样的研究人员很快就能够测量其他恒星周围行星大气的化学成分。
希望这些行星中的一颗或多颗将具有生命的化学特征。
宜居系外行星
生活可能存在于太阳系中有液态水的地方——比如地下含水层或在海洋中木卫二的卫星。然而，在这些地方寻找生命是非常困难的，因为它们很难到达，探测生命需要发送探测器返回物理样本。
许多天文学家相信有一个围绕其他恒星运行的行星上很有可能存在生命，这可能就是在哪里生命首先会被发现。
理论计算表明，大约有3亿颗潜在宜居行星单独在银河系中并且几个地球大小的宜居行星距地球仅 30 光年——本质上是人类的银河邻居。
迄今为止，天文学家已经发现了超过 5,000 颗系外行星，包括数百个可能适合居住的地方，使用间接法测量行星如何影响其附近的恒星。这些测量可以为天文学家提供有关系外行星的质量和大小的信息，但除此之外就没有什么了。
寻找生物特征
为了探测遥远行星上的生命，天体生物学家将研究星光与行星表面或大气相互作用。如果大气或表面被生命改变，光可能会携带一条线索，称为“生物印记”。
在地球诞生的前半段，尽管存在着简单的单细胞生命，但它的大气层却没有氧气。在这个早期时代，地球的生物特征非常微弱。情况突然发生了变化24亿年前当一个新的藻类家族进化出来时。
藻类利用光合作用过程产生游离氧——不与任何其他元素化学键合的氧。从那时起，地球充满氧气的大气层在穿过它的光上留下了强烈且易于检测的生物特征。
当光从材料表面反射或穿过气体时，某些波长的光比其他波长更有可能被困在气体或材料表面。这种对光波长的选择性捕获就是物体呈现不同颜色的原因。
叶子是绿色的，因为叶绿素特别擅长吸收红色和蓝色波长的光。当光线照射到叶子时，红色和蓝色波长被吸收，留下大部分绿光反射回您的眼睛。
丢失的光的模式由与光相互作用的材料的具体成分决定。正因为如此，天文学家本质上可以通过测量来自行星的光的特定颜色来了解系外行星大气层或表面的成分。
这种方法可用于识别某些与生命相关的大气气体（例如氧气或甲烷）的存在，因为这些气体在光中留下非常特定的特征。它还可以用来检测行星表面的特殊颜色。
例如，在地球上，植物和藻类用于光合作用的叶绿素和其他色素捕获特定波长的光。
这些颜料产生特征颜色可以使用灵敏的红外摄像机检测到。如果您看到这种颜色从遥远行星的表面反射出来，则可能意味着叶绿素的存在。
太空和地球上的望远镜
需要一个极其强大的望远镜才能探测到来自潜在宜居系外行星的光线的这些微妙变化。目前，唯一能够实现这一壮举的望远镜是新的詹姆斯·韦伯太空望远镜。
正如它开始科学行动2022 年 7 月，詹姆斯·韦伯 (James Webb) 读取了光谱气态巨行星 WASP-96b。光谱显示存在水和云，但像 WASP-96b 这样又大又热的行星不太可能存在生命。
然而，这些早期数据表明詹姆斯·韦伯能够检测来自系外行星的光中微弱的化学特征。
在接下来的几个月里，韦伯将把目光投向特拉普斯特-1e，一颗可能适合居住的地球大小的行星，距离地球仅 39 光年。
韦伯可以通过研究行星在其主恒星前面经过时并捕获行星来寻找生物特征穿过行星大气层的星光。但韦伯望远镜并不是为了寻找生命而设计的，因此该望远镜只能观察一些最近的潜在宜居世界。
它也只能检测到更改大气中二氧化碳、甲烷和水蒸气的含量。虽然这些气体的某些组合可能暗示生活，韦伯无法检测到未键合氧气的存在，而这是生命存在的最强信号。
未来更强大的太空望远镜的主要概念包括阻挡行星主恒星的明亮光线以显示从行星反射回来的星光的计划。这个想法类似于用手挡住阳光以更好地看到远处的东西。
未来的太空望远镜可以使用小型内部掩模或大型外部伞状航天器来做到这一点。一旦星光被阻挡，研究从行星反射的光就变得容易得多。
目前还有三座巨大的地面望远镜正在建设中，它们将能够搜索生物特征：巨型麦哲伦望远镜， 这三十米望远镜和欧洲极大望远镜。
每台望远镜都比地球上现有的望远镜强大得多，尽管地球大气层会扭曲星光，但这些望远镜或许能够探测最近世界的大气层中的氧气。
是生物学还是地质学？
即使使用未来几十年最强大的望远镜，天体生物学家也只能探测到那些已经被生命彻底改变的世界所产生的强烈生物特征。
不幸的是，陆地生命释放的大多数气体也可以通过非生物过程产生——牛和火山都释放甲烷。光合作用会产生氧气，但当阳光将水分子分解为氧气和氢气时，也会产生氧气。
有一个天文学家很有可能发现一些误报当寻找遥远的生活时。为了帮助排除误报，天文学家需要充分了解一颗感兴趣的行星，以了解它是否地质或大气过程可以模仿生物特征。
下一代系外行星研究有可能通过这一标准非凡的证据需要证明生命的存在。詹姆斯·韦伯太空望远镜发布的第一个数据让我们感受到即将到来的令人兴奋的进展。
