科技高度發達的係外行星藝術插圖。通過增強色彩凸顯了原本不可見的工業(ye) 汙染。圖片來源：NASA/Jay Freidlander

撰文 | Bill Steigerwald

翻譯 | 耿淑娟

審校 | 張和持

近期，NASA發表的一項研究表明，假如我們(men) 附近的恒星係統中存在先進的地外文明，我們(men) 或許能夠利用它自身的大氣汙染，對其進行探測。這項研究主要評估了一種大氣汙染物——二氧化氮。在地球上，這種氣體(ti) 主要由化石燃料燃燒產(chan) 生，不過它也有一些非工業(ye) 來源，例如一些生物學過程、閃電和火山噴發。

“在地球上，大多數二氧化氮來自人類活動——比如汽車尾氣和化石燃料發電廠，”NASA戈達德太空飛行中心的Ravi Kopparapu說，“在較低層大氣中（距地麵約10至15公裏）的二氧化氮，絕大部分來自人類活動。因此，在宜居星球上觀測到二氧化氮，或許能夠說明該星球存在工業(ye) 化文明。” Kopparapu是這項研究的第一作者，該論文已被《天體(ti) 物理學雜誌》接受。

人類工業(ye) 活動產(chan) 生大量的二氧化氮。圖片來源：Pixabay

迄今為(wei) 止，天文學家已經發現了4000多個(ge) 係外行星。據我們(men) 所知，有些行星可能擁有適合生命存在的環境條件，在其中一些行星中，生命或許已經達到了科技文明的程度。由於(yu) 其他恒星周圍的行星（係外行星）過於(yu) 遙遠，科學家們(men) 無法通過發射航天器的方式，來尋找尋找它們(men) 的生命或文明跡象。因此，他們(men) 需要使用功能強大的望遠鏡來觀察這些係外行星大氣層內(nei) 部的物質。

一個(ge) 生命標誌的可能跡象是，大氣由氧氣與(yu) 甲烷等氣體(ti) 組成。同樣地，係外行星的科技標誌物也可能是在地球上被視為(wei) 汙染的氣體(ti) ，這類氣體(ti) （比如二氧化氮）是工業(ye) 過程中的副產(chan) 品。

“其他一些研究已經將氯氟烴（CFC）作為(wei) 一種可能的科技標誌物。氯氟烴是一種工業(ye) 產(chan) 品，曾被廣泛用作製冷劑，後來因為(wei) 會(hui) 導致臭氧層空洞而被淘汰。” 該論文的合作作者、藍色大理石太空科學研究所的Jacob Haqq-Misra表示，“CFC也是一種強效溫室氣體(ti) ，可從(cong) 大氣層獲取額外熱量，可以用於(yu) 火星等其他行星的地球化改造。據我們(men) 所知，生物完全不會(hui) 產(chan) 生CFC，因此與(yu) 二氧化氮相比，它是一種更明顯的科技標誌物。但是，它是非常特殊的人造化學品，在其他星球上可能並不普遍；而相比之下，二氧化氮則是任何燃燒過程的一般副產(chan) 物。”

在這項研究中，研究小組利用計算機建模預測二氧化氮汙染產(chan) 生的信號，是否可以被當前和未來的望遠鏡檢測到。大氣中的二氧化氮會(hui) 大量吸收一定波長的可見光，這可以通過觀察係外行星繞恒星運行時反射的光來檢測。

研究人員發現，對於(yu) 一顆圍繞類日恒星運行的類地行星，如果當地的文明產(chan) 生了和地球相當數量的二氧化氮，那麽(me) 使用未來NASA發射的大型可見光望遠鏡，我們(men) 就能在30光年左右的距離內(nei) 觀測約400小時，進而發現它。此觀測時間雖然十分漫長，但並非史無前例，NASA的哈勃太空望遠鏡便花費了相似的時間進行著名的深空觀測（Deep Field observations）。

研究者們(men) 還發現，比太陽溫度更低、更常見的恒星（如K和M型恒星）將產(chan) 生更強且更易被檢測到的二氧化氮信號。這是因為(wei) 紫外線能夠分解二氧化氮，而這些恒星產(chan) 生的紫外線較少。多種類型的恒星也增加發現外星文明的機會(hui) 。

由於(yu) 二氧化氮也可以由自然環境產(chan) 生，因此將來科學家們(men) 必須細致地分析係外行星，判斷是否還有其他物質會(hui) 產(chan) 生於(yu) 一個(ge) 技術發達的社會(hui) 。該論文的共同作者、NASA戈達德太空飛行中心的 Giada Arney表示：“在地球上，約有76％的二氧化氮排放是由工業(ye) 活動造成的。如果我們(men) 觀察到另一顆行星上存在二氧化氮，那麽(me) 將需要通過模型來估算非工業(ye) 來源產(chan) 生的最大二氧化氮排放量。而如果觀察到的二氧化氮量超出了最大的排放量，則多餘(yu) 的二氧化氮可能產(chan) 生於(yu) 工業(ye) 活動。但是，在尋找地外生命的過程中，總是存在假陽性的可能性，因此在未來的工作中，需要確保能夠區分陽性和假陽性。”

還有可能存在的情況是，行星的大氣中存在雲(yun) 或氣溶膠。雲(yun) 、氣溶膠和二氧化氮吸收的光的波長相似，因此可能會(hui) 導致假陽性。該研究團隊計劃使用更先進的模型來判斷，是否能夠利用雲(yun) 層的自然變化來對二者進行區分。在初步研究中，研究人員利用模型，將行星大氣層假設為(wei) 從(cong) 地麵到太空的多層空氣柱。在大多數情況下，這是一個(ge) 很好的假設，且能進行快速計算。但是行星是三維物體(ti) ，而不是一維的空氣柱。該小組在後續的研究中，將使用3D模型來驗證比較這一初步結果的準確性。

原文鏈接：

https://phys.org/news/2021-02-extraterrestrial-civilization-pollution-solution-nasa.html


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