科學家預計，幾乎星系中的每顆恒星周圍都可能有行星環繞。在太陽系之外的行星被稱為“系外行星”。系外行星的發現速度非常迅速，自1992年第一次發現以來，我們已經確認找到了超過3700顆的系外星系。接下來我們想要知道的是：在這些行星中，是否存在著可以孕育出生命的星球？如果有的話，當我們在別的星球看見生命時，能否將它們識別出來？
○ 目前已確認的3700個系外行星，被按照溫度和質量分為18種類別。每種類別中的系外行星數量顯示在每一格的中心，左下角顯示的為百分比。圖中還顯示了恒星系統的數量（右上角）。詳見：《>3700個未知世界》。| 圖片來源：PHL @ UPR Arecibo
為了回答這些問題，NASA于三年前成立了NExSS這樣的一個專門用于研究系外行星系統科學的國際科學家網絡。NExSS集結了各個學科領域的頂級研究人員，目的是為了更好的理解該如何描繪以及尋找系外行星上的生命跡象——也就是所謂的生物特征。生物特征可以被定義為任何為生命存在提供證據的現象、物質或物質組。這些生物特征包括影響地球大氣化學成分的氣體，以及由于生物體在海洋和陸地上的居住而導致的星球表面特征的改變。
不久前，NExSS的科學家們在《天體生物學》上發表了五篇全面的綜述論文，對最有可能的生命特征進行了盤點。論文提出了在搜尋系外生命過程中存在的幾個問題，并提出了相應的解決方案。其中的一個主要問題是，科學家需要知道如何區分那些真正有生命的世界，以及那些“偽裝”成有生命的貧瘠星球。
○ 發表于《天體生物學》的一系列論文是由一批天體生物學、行星科學、地球科學、太陽物理學、天體物理學、化學和生物學領域的頂級研究人員在近兩年的研究成果。| 圖片來源：[1]
由于我們目前無法前往這些系外行星，因此必須依靠望遠鏡來搜索這些生命跡象。而這種級別的觀測需要將我們將望遠鏡技術推向極限。萬眾矚目的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）雖然一再被推遲發射，但一旦投入運行，將可以探索一些小型巖石行星的大氣層。其他的一些天文臺，例如位于智利的巨型麥哲倫望遠鏡（GMT）和極大望遠鏡（ELT），正計劃裝備一系列精密的儀器，以能夠探測到遙遠世界的第一批生物印記。這些新的技術不僅可以改善對遙遠星球的大小和軌道的評估，還可以更深入地分析它們的大氣與表面的屬性。通過觀察到的這些數據，科學家或許便可以確定在這些行星上是否有潛在的生命。
○ 生命可以在大氣層和行星表面留下“指紋”。這些潛在的生命跡象，或者說生物特征，可以被望遠鏡檢測到。| 圖片來源：NASA/Aaron Gronstal
在新發表的論文中，科學家表示他們將計劃搜尋的信號類型主要有兩類：一類是生物可以產生的氣體，例如植物和微生物可通過光合作用產生的氧氣。另一種是對由生物體所反射回的光線進行收集，例如顏色（如葉子的綠色）、或為海洋中的藻類提供顏色的色素。
我們從地球上就可以觀察到遙遠世界中的這類生物特征，但這些生物特征對于一些新的系外行星將可能非常不同。例如，許多已經發現的有潛力存在生命的行星，圍繞著的都是比較冷的恒星，這些恒星釋放的光處于光譜中的紅外波段，而不是像太陽那樣釋放出大量的可見光。
因此面對“一個有生命的星球將是什么樣子”的問題，我們必須接受更多的可能性。在一個星系中，存在著如此眾多且多樣化的星球，因此生命完全可能出現在非常不同的環境中。例如，我們可能會找到紫色的生命，而不是我們熟悉的那些在地球上由綠色主導的生命形式。因此對科學家來說，將廣泛的生物特征納入考量是非常有必要的。
科學家斷言，氧氣作為在地球上由光合生物產生的氣體，也仍可能是其他星球最有前景的生物特征，但這也并不絕對。行星上的一些非生物過程也同樣可能產生氧氣。并且，就算某顆行星看起來缺乏可探測水平的氧氣，但它仍然有可能存在生命——這正是發生在地球大氣聚集氧氣之前的情況：在生命已經非常豐富的早期地球上，我們并無法尋得氧氣的蹤跡。因此這個故事告訴我們的是，看到或看不到某種單一的生物特征并不能證明或否定生命的存在，我們更應關注的是整體環境。
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○ 非生物過程可以“欺騙”我們，讓我們將一個貧瘠的星球誤認為有生物存在。與其測量某種單一的生物特征，我們更應該考慮一系列能構建生命的生物特征。| 圖片來源：NASA/Aaron Gronstal
