一生的成分是遍布整个宇宙。虽然地球是宇宙中唯一拥有生命的地方，但发现生命以外的生命是一个主要目标的现代天文学和行星科学。
我们是两个学习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（James Webb）这样的下一代望远镜，像我们这样的研究人员很快将能够测量其他恒星周围行星气氛的化学构成。
希望这些行星中的一个或多个将具有生命的化学签名。
可居住的系外行星
生活可能存在于太阳系中有液态水的地方 - 就像地下含水层或在海洋中的月亮欧罗巴。但是，在这些地方寻找生活非常困难，因为它们很难达到，并且发现生活将需要发送探针以返回物理样本。
许多天文学家认为有一个生命存在于绕其他星星的行星上存在的好机会，这可能是生活将首先找到。
理论计算表明周围有3亿可能可居住的星球单独使用银河系几个可居住的地球大小的行星在仅30光年的地球上 - 本质上是人类的银河邻居。
到目前为止，天文学家已经发现了5,000多个系外行星，包括数百种潜在可居住的人间接方法该衡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，但没有其他信息。
寻找生物签名
为了发现遥远星球上的生命，天文学家将研究具有与行星的表面或气氛相互作用。如果大气或表面是通过生命转化的，则光可能带有一个线索，称为“生物签名”。
在其存在的上半年，地球具有没有氧气的气氛，即使它拥有简单的单细胞生命。在这个早期，地球的生物签名非常微弱。这突然改变了24亿年前当一个新的藻类家族进化时。
藻类使用光合作用的过程，该过程产生游离氧 - 氧 - 氧气未在任何其他元素上化学键合。从那时起，地球充满氧气的大气使通过它的光线留下了强烈且易于检测到的生物签名。
当光从材料的表面反弹或通过气体时，某些波长比其他波长更有可能被困在气体或材料表面中。这种选择性捕获光波长是为什么对象是不同的颜色的原因。
叶子是绿色的，因为叶绿素特别擅长在红色和蓝色波长中吸收光。当光线撞到叶子时，红色和蓝色波长被吸收，大部分绿灯会弹回您的眼睛。
缺失光的模式取决于光与光的材料相互作用的特定组成。因此，天文学家可以通过实质上测量来自行星的光的特定颜色来学到有关系外行星大气或表面的成分的知识。
该方法可用于识别与生命相关的某些大气气体（例如氧气或甲烷）的存在，因为这些气体在光线下留下了非常具体的特定标志。它也可用于检测行星表面上的特殊颜色。
例如，在地球上，叶绿素和其他色素植物和藻类用于光合作用，捕获了光的特定波长。
这些颜料产生特征色彩可以使用敏感的红外摄像机来检测到这一点。如果您要看到这种颜色反映了遥远行星的表面，则可能意味着叶绿素的存在。
太空和地球上的望远镜
它需要一个非常强大的望远镜来检测来自潜在可居住的系外行星的光的这些微妙的变化。目前，唯一能够壮举的望远镜是新的詹姆斯·韦伯太空望远镜。
这样开始科学运营2022年7月，詹姆斯·韦伯（James Webb）阅读了气体巨型系外行星WASP-96B。频谱显示了水和云的存在，但是像WASP-96B一样大而热的行星不太可能寄托生命。
但是，该早期数据表明，詹姆斯·韦伯（James Webb）能够在来自系外行星的光中检测到微弱的化学特征。
在接下来的几个月中，韦伯将把镜子转向trappist-1e，一个潜在的可居住地球大小的行星距地球仅39光年。
韦伯可以通过研究行星在宿主明星面前并捕捉的行星来寻找生物签名滤光在地球大气中过滤的星光。但是韦伯并非旨在寻找生活，因此望远镜只能仔细检查一些最近的潜在可居住世界。
它还只能检测到更改二氧化碳，甲烷和水蒸气的大气水平。而这些气体的某些组合可能暗示生活，Webb无法检测到无粘氧的存在，这是生命最强的信号。
未来的领先概念，甚至更强大的太空望远镜包括计划阻止行星宿主星的明亮光线，以揭示从星球反射的星光。这个想法类似于用您的手阻断阳光以更好地看到远处的某些东西。
未来的太空望远镜可以使用小的，内部的口罩或大型外部的伞状航天器来做到这一点。一旦星光被阻塞，研究灯从行星上弹跳就变得容易得多。
目前还正在建设三个巨大的地面望远镜，可以搜索生物签名：巨型麦哲伦望远镜， 这30米望远镜和欧洲极大的望远镜。
每个人都比地球上现有的望远镜要强大得多，尽管地球大气使星光扭曲了障碍，但这些望远镜可能能够探测最接近的氧气世界的大气。
是生物学还是地质学？
即使使用未来几十年中最强大的望远镜，天体生物学家也只能检测到由生活完全改变的世界所产生的强大生物签名。
不幸的是，非生物学过程也可以产生大多数陆地生命释放的气体 - 牛和火山都释放甲烷。光合作用会产生氧气，但当阳光将水分子拆分成氧气和氢时，阳光也会产生氧气。
有一个天文学家的好机会会发现一些误报寻找遥远的生活。为了帮助排除误报，天文学家将需要很好地理解一个感兴趣的星球，以了解它是否是否地质或大气过程可以模仿生物签名。
下一代系外行星研究有可能通过非凡的证据需要证明生命的存在。詹姆斯·韦伯（James Webb）太空望远镜的第一个数据发布使我们对即将到来的令人兴奋的进步有所了解。
克里斯·伊皮（Chris Impey），大学杰出天文学教授，亚利桑那大学和丹尼尔·阿帕（Daniel Apai），天文学和行星科学教授，亚利桑那大学。
