埃文·高夫，《今日宇宙》 荣誉:美国宇航局艾姆斯/JPL-加州理工学院 即将到来的望远镜将给予我们更多的能力去寻找我们已经发现的所有系外行星的生物标志
关于生物签名的讨论大多集中在生物化学上，比如简单的单细胞生物产生的大气气体
但是如果我们想寻找可能存在的科技文明呢？我们能通过寻找它们的空气污染来找到它们吗？ 如果一个遥远的文明在自己对外星世界和技术特征的调查中粗略地瞥了我们的星球一眼，他们会情不自禁地注意到我们的空气污染
我们能扭转局面吗？ 空气污染作为一种技术特征并不是一个全新的概念
一篇新的论文着眼于地球上一种既源于生物又源于人类的特定化学污染物:NO2，即二氧化氮
作者说，在一颗围绕着一颗类似太阳的恒星运行的类似地球的行星上，可以用一架15米(49英尺)的望远镜探测到二氧化氮，该望远镜类似于美国宇航局提议的大型紫外/光学/红外探测器(LUVOIR)
然而，这需要几百个小时的观察时间
介绍这些发现的论文题为“二氧化氮污染是外星科技的标志”
“它可以在印前网站arxiv上找到
还没有经过同行评审
第一作者是博士
拉维·科帕拉普是美国宇航局戈达德太空飞行中心的研究科学家
多亏了开普勒任务和泰丝任务，我们生活在一个发现外行星的时代
我们现在知道有几千颗系外行星，而且这个数字还在不断增长
天文学家已经描述了它们的质量、密度、潜在的可居住性和其他特性
下一步是研究数千颗已确认的系外行星中的一些行星的大气层
太阳系外行星的科学家们急切地等待着即将发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST
)JWST号有能力非常详细地检查系外行星大气
其他即将推出的设施，如大气遥感红外系外行星大测量(ARIEL)空间望远镜和大型地面天文台，如欧洲超大型望远镜(E-ELT)、三十米望远镜(TMT)和巨型麦哲伦望远镜(GMT)，也将能够更详细地研究系外行星
研究人员已经提前为所有的观察能力做好了准备，以了解在检查大气时要寻找什么以及他们会看到什么
这项新的研究集中在NO2以及如何在这些大气中检测到它
他们把注意力集中在二氧化氮上，因为它是通过燃烧人为产生的，是主要的技术污染物之一
不是所有的都是燃烧产生的，但有一部分是
“地球上的一些二氧化氮是作为燃烧的副产品产生的，这表明了更大规模产生二氧化氮的可能性 该研究图显示了NO2吸收截面与波长的函数关系
25-0
6 m是主要特征，很少有其他分子在此吸收
信用:Kopparapu等，2021
是由另一个星球上更先进的技术支撑的，”他们写道
“探测到高于地球上非技术排放水平的高浓度二氧化氮，可能是地球上可能存在活跃工业过程的迹象
" 为了确定如何检测它，研究人员使用了一个简单的光化学模型，并生成了合成的大气光谱
大气光谱模拟了当一颗遥远的系外行星经过太阳时天文学家可能看到的情况
研究中的概念之一是几何反照率
它是一个天体在零相位角时的亮度与一个理想化的完美反射圆盘的比率
在零相位角时，观察者会直视光源
但是在一个有大气层的系外行星上，光线是漫射的，我们永远不会在零相位角上看到它
几何反照率有助于天文学家解决这个问题
即使NO2是可检测的，也需要很长时间才能看到它
这台15米长的LUVOIR望远镜需要大约400个小时才能在一颗距离太阳10秒钟的类地行星上探测到NO2
尽管对一个目标投入大量的观察时间，但这并非完全没有先例
相比之下，哈勃超深空望远镜拍摄了大约11
5天，或276小时的观察时间
该图显示了类地行星围绕类日恒星(图A)和围绕K6V恒星光谱类型(图b)的几何反照率差异，前者有NO2，后者无NO2，后者NO2浓度为10%，假设LUVOIR-A (15米)观测时间为10小时
虚线代表噪音，所以NO2的最高浓度几乎不超过噪音
信用:Kopparapu等人
, 2021 这项研究有一个怪癖
该小组正在研究大约40年前地球大气中NO2浓度较高时的大气NO2水平
因此，如果像这样的结果真的被发现，如果它们被证实来自技术来源，那将是一个40年前处于地球水平的文明
“从历史上看，从1980年到2019年的40年间，美国的NO2浓度变化(下降)了三倍，”作者在论文中写道
“因此，我们可以在40年前的地球文明阶段扩大探测技术文明的可能性
有可能想象一个更高度工业化的社会，它可能在地球NO2水平的五倍范围内运行，使得用LUVOIR-15m探测它成为可能，甚至比目前地球条件下的观测时间更少
" 但这有点超前了
对于一个10秒远的日地型系统来说，用LUVOIR望远镜观测超过信噪比的地面NO2水平需要大约400个小时
信用:Kopparapu等人
, 2021 仅仅在系外行星的大气中发现NO2并不能告诉天文学家它是如何产生的
“重要的是要注意，从光谱中限制一颗行星的NO2丰度并不能确定NO2是生物产生的还是非生物产生的
人们需要估计产生观测到的NO2丰度所需的生产率，并评估非生物源本身是否能维持推断的生产率
" 要确定NO2信号是否有技术来源，还需要做更多的工作，包括观察和建模
但毫无疑问，对科技二氧化氮的明确检测将是一件大事
研究人员总结道:“对NO2或任何其他潜在人工大气光谱特征(例如，含氯氟烃)的偶然探测，可能会成为寻找生命(生物或技术)的分水岭事件。”
“生物签名有可能比技术签名更普遍吗？除非我们去寻找，否则我们无法确定
"
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