目前，天文學家已經在太陽系外發現了超過3500顆圍繞其他恒星運行的系外行星。但是系外行星都離我們非常遙遠，我們想要確定哪些行星存在生命的跡象需要花費大量的時間，效率非常低下。正因為如此，美國宇航局（NASA）資助的“地球替代者天體生物學中心”的天文學家已經開始編制尋找銀河系中外星生命的行星觀測指南。
NASA系外行星科學家Martin Still博士表示，科學家正從銀河系其他地方存在生命的理論研究轉向一門強有力的科學，它最終將給我們一個答案，回答那個深奧的問題：我們在宇宙中是孤獨的嗎？
這門科學的核心是由NASA系外行星系統科學（NExSS）的科學家撰寫的五份天體生物學論文中概述的，它是基于我們已經了解的地球45億年歷史中大氣和地表水平動態。這反過來又塑造了未來將在系外行星上尋找的生物特征。
該研究作者Edward Schwieterman博士列出了三種主要的生物特征，可用于尋找外星生命。第一種是氣態生物特征，指的是在一顆系外行星的大氣中大量存在的關鍵化合物，如氧氣、甲烷和一氧化二氮，它們可能顯示這個行星上存在一些呼吸有機活動。就像所有化合物一樣，這些氣體吸收了電磁波譜的某些部分并反射一些回來。一氧化二氮可能大家不是很熟悉，但這種氣體也是與生命有關。在地球上除了活生物體之外，一氧化二氮沒有其他有效來源，而且它還能從電磁波譜中發出一些容易檢測到的信號。
第二類是表面生物特征，它指的是由于大量的生物體正在進行光合作用，行星表面反射回來的電磁波會發生變化。從太空中看，地球有一個所謂的“紅邊”，因為植物吸收紅光，但反射回一些未使用的紅外光，Schwieterman博士猜測，這也適用于系外行星上的植物。
最后一類是時間性生物特征，它指的是大氣構成或表面生物特征季節性變化的證據。任何一種情況都可能表明，該行星上的活生物體正在改變它們的活動以與行星氣候同步，就像我們地球一樣。
發現這些生物特征聽起來很簡單，但證實它們的真實性是很復雜的。Schwieterman博士表示，利用生物特征來尋找生命并不像尋找單個分子或化合物那樣簡單。例如，大氣中的氧氣可能是一個生命跡象，但是有許多非生物的方法可以在一個系外行星上產生氧氣。這就是所謂的“假陽性”，即一顆看起來像有生命的系外行星，實際上可能只是一個貧瘠的星球，在其表面漂浮著大量氧氣。
更復雜的是，也可能存在“假陰性”。有很多現存物種，有些甚至生活在地球海底火山噴口附近，它們根本不產生氧氣。我們該如何能尋找到與地球生命完全不同的外星生命？
這個問題就是Schwieterman博士如此強調時間性生物特征的原因，他表示，這種證據在某些情況下可能是更強大的生物特征。換句話說，生命不論是如何形成的，都會變化、活動。如果我們觀察得足夠久，就會看到這些變化，外星生命也是如此。
這項研究已經發表在本月的《天體物理學》（Astrobiology）雜志上。
