圖注：儘管我們與外星文明接觸的夢想傳統上植根於直接訪問或接收整個星系傳輸的智慧訊號，但這些需要漫長地等待。但是真正的技術能使我們較快地找到生命豐富外星世界，這比我們根據玩這個“宇宙彩票”所預料的要快得多。
當人們仰望天空中的星星時，就有兩個問題浮現在我們腦海中：這些星星世界上有外星生命嗎？我們會實現到其中一個星球旅行的夢想嗎？儘管這兩項任務似乎都面臨著巨大的技術挑戰，但最近的科學進展表明，人類不僅有能力克服這些挑戰，而且我們甚至可能在本世紀晚些時候這樣做。
雖然比光速更快的旅行和外星人的造訪——無論是善意的還是惡意的——是我們科幻小說的主要內容，但我們現實生活中的科學進步可能比人類想象中的任何虛構故事都更深刻，這似乎是合理的。在這兩個領域的邊緣，人類可能正在實現一個與人類本身一樣古老的夢想。
圖注：一張顯示旅行者號飛船、太陽系和最近的恆星的對數距離圖，以作比較。如果我們希望穿越遙遠的星際距離，那就需要一種比化學火箭更先進的技術。星際旅行的想法最大的問題是距離。距離最近的恆星的距離是以光年為單位測量的，近鄰比鄰星是離我們4.24光年遠的最近的鄰居，其中一光年大約是9兆公里：大約是地球太陽距離的60000倍。以人類最快的太空探測器的速度，如已經離開了太陽系的旅行者1號和2號飛船，到底距離最近的恆星時間大約需要80000年。
但所有這些都是基於目前的技術，即使用化學基火箭燃料進行推進。火箭燃料最大的缺點是效率低下：根據愛因斯坦的E=mc^2計算，一公斤燃料只能產生毫克的能量。必須把燃料帶上飛行器，並要求你用這些能量來加速你的有效載荷和剩餘的燃料，這就是我們現在的弱點。
圖注：旅行者1號的位置和軌跡以及行星的位置，攝於1990年2月14日。請注意，只有旅行者1號在太陽系平面之外的位置，才使我們獲得了獨特的視角，而且旅行者號仍然是人類有史以來發射的最遠的物體。
但有兩種獨立的可能性，不需要我們去夢想像曲速那樣依賴新物理學的技術。相反，我們可以選擇使用更高效的燃料為我們的旅程提供動力，這可以極大地增加我們的航程和速度，或者我們可以探索提供推力的來源獨立於將要加速的有效載荷的技術。
在效率方面，有三種技術可以大大優於化學火箭燃料：
核裂變，核聚變，以及物質反物質推進。雖然化學燃料只將品質的0.0001%轉化為可用於推力的能量，但所有這些想法都要高效得多。
圖注：所有設想中的火箭都需要某種燃料。無論是等離子發動機、物質/反物質發動機、核動力還是常規動力，火箭的工作原理都是相同的，但效率會有很大的變化。裂變將約0.1%的裂變物質轉化為能量；約1千克可裂變燃料通過E= mc^2產生約1克的能量。核聚變做得更好；例如，將氫熔化成氦的效率為0.7%：一公斤燃料可以產生7克的可用能量。但最有效的解決辦法是物質反物質湮滅。
如果我們能製造並控制0.5公斤的反物質，我們就能用0.5公斤的正常物質隨意湮滅它，產生100%有效的反應，產生足足1公斤的能量。可以想象，我們可以從同樣數量的燃料中提取出數千倍甚至一百萬倍的能量，這可以推動我們在幾個世紀（裂變）甚至幾十年（聚變或反物質）的時間尺度上到達恆星。
圖注：該圖對鐳射驅動帆的再現展示了如何通過連續反射高功率、高準直的鐳射，將大面積、輕型航天器加速到極高的速度。這可能是人類在不久的將來最有可能在星際距離發射巨集觀宇宙飛船的方式。另一方面，我們可以通過一條完全不同的路線來實現星際旅行：在太空中放置一個能夠加速航天器的大動力源。鐳射技術的最新進展使許多人認為，在太空中一個巨大的、足夠準直的鐳射陣列可以用來將航天器從近地軌道加速到極高的速度。一個高反射的鐳射帆，就像一個太陽帆，可以做到這一點。
如果建造一個足夠大、足夠強大的同相鐳射器陣列，可能達到千兆瓦的功率水平，它不僅可以給目標航天器提供動量，而且可以在很長一段時間內提供動量。根據Phil Lubin博士幾年前所做的計算，有可能達到光速的20%。雖然我們還沒有計劃讓這樣一個航天器減速，但在人類的一生中到達最近的恆星是有可能的。
圖注：鐳射帆的概念，對於一艘星際晶片式的星際飛船來說，確實有可能在人類的生命週期內將航天器加速到光速的20%左右併到達另一顆恆星。只要有足夠的能量，我們甚至可以派出一個載人飛船來跨越星際距離。同樣，尋找外星生命也不再侷限於等待外星人來訪，或者用無線電訊號尋找宇宙中有智慧的外星人，儘管後者肯定仍然是SETI牽頭的一個活躍的科學領域。儘管還沒有發現任何訊號，但這仍然是高風險、高回報科學的一個令人震驚的例子。如果有一個積極的發現，這將是一個文明轉型事件。
然而，隨著系外行星天文學的不斷髮展，已經被證明的兩種技術可能給我們帶來其他星球上生命的第一個特徵：過境光譜和直接成像。這兩種方法都涉及到利用來自行星本身的光，利用透射光譜技術利用穿過行星大氣層的光，並利用直接從行星自身反射的Sunny進行直接成像。
圖注：當一顆行星在它的母恆星前面執行時，一些光不僅被阻擋，而且如果有大氣層存在，就會通過它過濾，產生一個足夠精密的天文臺能夠探測到的吸收或發射線。如果有有機分子或大量的分子氧，我們可能也能找到。在未來的某個時候。重要的是，我們不僅要考慮我們所知生命的特徵，還要考慮我們在地球上找不到的可能生命的特徵。凌日光譜學依賴於我們的天文臺與目標系外行星及其母星的偶然性對準，但這些對準確實發生了。雖然一小部分恆星的光會被過境行星擋住，但一小部分恆星的光會通過行星的大氣層傳播，類似於在月全食期間通過地球大氣層傳播並照亮月球（紅色）的太Sunny。
如果我們的測量足夠好，這使我們能夠解碼什麼元素和分子存在於目標行星的大氣中。如果我們能夠發現生物特徵，甚至是技術特徵，它們可能是氧氮大氣、複雜的生物分子，甚至是像氟氯烴（CFC）分子這樣的分子，我們將立即得到一個強烈的暗示，一個充滿誘惑力的生命世界將等待確認。
圖注：左圖為DSCOVR-EPIC相機拍攝的地球影象。對，同一張影象的解析度降低到3×3畫素，類似於研究人員在未來的系外行星觀測中看到的情況。直接成像可以提供確切的確認。儘管我們對地球大小的系外行星的第一張影象可能不會給人留下深刻的視覺印象，但它將包含大量資訊，可用於揭示生命跡象。即使行星本身只是探測器中的一個畫素，我們不僅可以將它的光分解成單獨的波長，還可以尋找可以揭示以下資訊的時變特徵：
雲，大洲，海洋，四季中植物生命的綠化情況，冰蓋，旋轉速率，還有更多。如果在晚上有發光的訊號，就像地球在晚上有我們的光照亮世界一樣，我們甚至可以想象我們能探測到這些訊號。如果在一個類似地球的星球上有一個文明存在，下一代的望遠鏡也許能找到它們。
圖注：地球在夜間發出電磁訊號，但需要一臺解析度令人難以置信的望遠鏡才能在光年之外形成這樣的影象。人類已經成為地球上一個智慧的、技術先進的物種，但是即使這個訊號被抹去，它仍可能被下一代直接成像探測到。
所有這些，加在一起，都指向了這樣一幅畫面：一艘宇宙飛船，甚至一次載人的恆星之旅，在技術上都在我們的掌握之中；可能在十年或二十年後，在太空的某個地方，我們發現了太陽系以外的第一個可能存在生命的世界。由於技術和科學的進步以及成千上萬的科學家和工程師，致力於以實際的方式應用這些新技術，曾經只屬於科幻小說領域的東西正在迅速成為可能。