上圖是壹顆系外行星上高級外星文明的概念圖。新的研究表明，就像生活在地球上的人類壹樣，其他外星生命也會對他們居住的星球造成相應的空氣汙染。如果是這樣，我們可以通過探測外星汙染來確定外星生命的存在。圖片來自美國國家航空航天局/傑伊·弗萊德蘭德。
早期的SETI(搜尋地外文明)只專註於尋找人造無線電信號，但現在很多SETI的搜尋範圍已經擴大到尋找遙遠外星文明的先進技術跡象。科學家們現在正在探索，甚至尋找來自光學激光器或類似戴森球的大型設施的信號。2021 2月10日，來自美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心的研究人員公布了另壹個搜索方案，它讓人們想起了我們自己——今天的地球文明。他們建議觀察系外行星的大氣，尋找空氣汙染的證據。
戈達德太空飛行中心的研究人員主要想在系外行星的大氣中尋找二氧化氮氣體。地球上的二氧化氮氣體是化石燃料早期燃燒產生的。當然，自然界的生物活動、閃電或火山爆發也會產生二氧化氮。關於這項研究的壹篇新論文，雖然沒有經過同行評審，但已於2月9日提交到arXiv網站(壹個收集各領域論文預印本的網站)，並將發表在《天體物理學》雜誌上。該論文的第壹作者Ravi Kopparapu在壹份聲明中解釋道:
在地球上，大多數二氧化氮來自人類活動，如汽車尾氣排放和化石燃料發電廠的運行。在低層大氣中(距地面約10~15 km)，人類活動產生的二氧化氮量遠遠超過自然界產生的二氧化氮量。因此，在宜居行星上觀測到二氧化氮，表明了工業文明的存在。
這項研究和其他類似的研究是基於這樣壹個事實，即科學家們推測地球以外的化學反應與地球上的化學反應相同。
地球上的二氧化氮主要來自汽車尾氣和化石燃料發電廠產生的廢氣。二氧化氮真的能成為我們在浩瀚宇宙中尋找外星文明的依據嗎？圖片來自網絡。
科學家們還對在系外行星的大氣中發現壹些混合氣體感興趣，如甲烷和氧氣，這是壹種活躍生物存在的證據。科學家認為，二氧化氮是壹種可能的技術特征，壹些混合氣體可能是生物體本身存在的標誌。這篇新論文的合著者雅各布·哈克-米斯拉說:
也有壹些研究認為含氯氟烴是壹個可能的技術特征。含氯氟烴是工業產品，廣泛用作制冷劑，但它們會消耗臭氧，後來被淘汰。含氯氟烴也是壹種強大的溫室氣體，可以通過從大氣中提供額外的變暖來改變像火星這樣的行星。據我們所知，含氯氟烴不是生物體產生的，所以它的技術特征比二氧化氮更明顯。然而，氯氟烴是壹種非常特殊的人造化學物質，在地球以外的環境中可能並不普遍存在；相反，二氧化氮是所有燃燒的常見副產品。
這種可能性似乎是合理的。如果我們對地球大氣層的汙染是正常的，那麽其他星球上的文明會是壹樣的嗎？要回答這個問題，還有很多問題需要考慮。比如壹個文明存在了多久，有多先進才能產生這樣的標誌？遠比我們先進的外星文明是否已經通過技術創新消除了汙染的跡象？
上圖是戈達德太空飛行中心的Ravi Kopparapu，他是這項新研究的領導者。圖片來自戈達德太空飛行中心。
研究人員如何確定搜尋地外生命活動副產品二氧化氮的可行途徑？系外行星離我們很遠。人類望遠鏡目前能觀測到嗎？研究人員通過計算機建模發現，如果在距離我們30光年的地方存在外星文明，並且這個文明產生的二氧化氮量與我們相當，那麽即將投入使用的大型美國國家航空航天局望遠鏡在運行400小時後就能發現它。400小時是相當長的觀測時間，但也大致相當於哈勃太空望遠鏡對深空的觀測時間。
該研究還表明，如果系外行星的軌道恒星溫度低於太陽(如紅矮星)，我們將更容易觀測到它的二氧化氮。因為溫度較低的恒星發出的紫外線較少，紫外線可以殺死二氧化氮。紅矮星比類太陽恒星多得多，它們在銀河系中無處不在。
如果我們在壹顆系外行星上探測到二氧化氮，我們如何判斷它的來源？是自然排放還是人為排放？這個要仔細分析才能知道。正如這篇新論文的另壹位合著者Giada Arney解釋的那樣:
地球上約76%的二氧化氮來自工業活動。如果我們在另壹個星球上探測到二氧化氮，我們首先會通過建模來估算自然界中二氧化氮含量的最大閾值。如果檢測到的二氧化氮比模型中顯示的多，額外的部分可能來自工業活動。但是，在尋找地外生命的過程中，總會出現假陽性的錯誤。我們應該對未來的工作充滿信心，以確保我們能夠區分真陽性和假陽性。
然而，即使廣泛觀察，也不容易看到二氧化氮。雲或氣溶膠可能會阻礙觀測，因為它們吸收光譜相似的波長。
上圖是外星社會高度發達的想象設施戴森球或戴森環，用來收集恒星的能量為己所用。它們是科學家們正在尋找的另壹個技術特征。圖片來自維基百科。
美國國家航空航天局在2018年舉辦了壹次技術簽名研討會，主要討論搜尋地外智慧生命的新方法。這些方法包括:尋找光學激光脈沖，尋找比我們更先進的文明建造的大型設施，或者尋找其他可能改變星球環境方式的跡象。研討會激發了科學家尋找地外智慧生命的新興趣，但更多的科學家希望拓寬尋找智慧生命的途徑，這是壹項偉大的事業。
我們不知道外星生命的第壹個證據是什麽，也不知道它會在什麽時候出現，但如果二氧化氮汙染理論成立，它將完美地反映我們自己的地球文明。
結論:美國國家航空航天局科學家提出了壹種尋找外星文明的新方法:尋找系外行星的空氣汙染，類似於地球的空氣汙染。