為了在宇宙中找到外星生命，科學家們已經考慮過搜尋光學鐳射器或是類似於戴森球的大型能量收集設施。如今，科學家又提出了一種更為普通的搜尋建議，尋找系外行星大氣中的空氣汙染。

上圖為某一系外行星上高等外星文明的概念示意圖。有新研究表明，就像生活在地球上的人類一樣，其他外星生命也會對其所居星球造成相應的空氣汙染。如果是這樣，我們就能透過檢測外星汙染來確定外星生命的存在。圖源自 NASA /Jay Freidlander。

早期的SETI(搜尋地外文明)只專注於尋找人為無線電訊號，可現在許多SETI的搜尋範圍已經擴充套件到尋找來自遙遠外星文明的先進技術跡象。科學家們現在正在探討甚至開始尋找來自光學鐳射器或像戴森球一樣的大型設施的訊號。2021年2月10日，NASA戈達德太空飛行中心的研究員們宣佈了另外一種搜尋方案，這種方案讓人們聯想到了我們自己——如今的地球文明。他們建議觀測系外行星的大氣，尋找空氣汙染的證據。

戈達德太空飛行中心的研究員主要想在系外行星的大氣中尋找二氧化氮氣體。地球上的二氧化氮氣體產生於早期的化石燃料燃燒。當然，自然界中的生物活動、閃電或火山噴發也能產生二氧化氮。有一篇關於此項研究的新論文，雖未經過同行評審，但已於2月9日提交給了arXiv網站（一個收集各領域論文預印本的網站），並將發表在《天體物理學》雜誌上。論文的第一作者Ravi Kopparapu在一份宣告中解釋道：

在地球上，大部分二氧化氮來自人類活動，例如汽車尾氣排放和化石燃料發電廠的運轉。在低層大氣中（距地面約10~15公里範圍內），人類活動產生的二氧化氮量遠遠超過了自然界產生的二氧化氮量。因此，觀測到宜居行星上有二氧化氮則預示著工業文明的存在。

該項研究和其他類似的研究都基於這樣一個事實：科學家們推測，地球之外的化學反應方式與地球上的化學反應方式相同。

地球上的二氧化氮主要來自於汽車尾氣和化石燃料發電廠產生的廢氣。二氧化氮真的可以成為我們在茫茫宇宙中尋找外星文明的依據嗎？圖源自網路。

科學家們也對尋找系外行星大氣中的某些混合氣體充滿興趣，例如甲烷和氧氣的混合氣體，這種混合氣體是某種活躍生物存在的證據。科學家認為二氧化氮是一種可能的技術特徵，而某些混合氣體可能是生物本身存在的標誌。新論文的合著者Jacob Haqq-Misra說道：

還有一些研究認為氯氟烴是一種可能的技術特徵。氯氟烴是工業產物，被廣泛用作製冷劑，但它損耗臭氧，後來又被淘汰。氯氟烴也是一種強大的溫室氣體，它可以透過從大氣中提供額外的暖化作用來改造像火星這樣的行星。據我們所知，氯氟烴不由生物產生，因此它的技術特徵比二氧化氮更加明顯。然而，氯氟烴又是一種非常特殊的人造化學品，它可能不會普遍存在於地球之外的環境中；相比之下，二氧化氮卻是一切燃燒的普通副產品。

這種可能性看起來很合理。如果我們對地球大氣的汙染是常態化的，其他行星上的文明也會如出一轍嗎？要解答這個疑問，還需要考慮很多問題。例如，一個存在了多久、先程序度有多高的文明才會產生這樣的跡象？先程序度遠高於我們的外星文明是否已經透過技術革新消除了汙染跡象？

上圖為戈達德太空飛行中心的Ravi Kopparapu，新研究的領頭人。圖源自戈達德太空飛行中心。

研究員們是如何確定搜尋作為外星生命活動副產品二氧化氮的可行方式的？系外行星離我們十分遙遠，人類目前的望遠鏡能觀測到它們嗎？透過計算機建模，研究員發現，如果在離我們30光年遠的地方存在一個外星文明，該文明產生的二氧化氮量與我們相當，那麼即將投入使用的NASA大型望遠鏡運作400小時就能發現它。400小時是相當長的觀測時間，但也大致相當於哈勃太空望遠鏡對深空的觀測時長。

研究還表明，如果系外行星公轉恆星的溫度比太陽的溫度低（如一顆紅矮星），我們將更容易觀測到它的二氧化氮。因為溫度更低的恆星散發更少的紫外線，而紫外線可以消殺二氧化氮。紅矮星比類日恆星多得多，在銀河系中比比皆是。

地球上約76%的二氧化氮來自工業活動。如果我們在另一顆行星上探測到二氧化氮，我們首先會透過建模來估計自然界中二氧化氮含量的最大閥值。如果探測到的二氧化氮量比模型中顯示的多，則多出的部分就可能來自工業活動。然而，在找尋地外生命的過程中，總是會出現假陽性的錯誤，在未來的工作中我們要有自信，確保能辨別真陽性和假陽性。

然而，即使進行廣泛的觀測，也不容易看見二氧化氮。雲層或氣溶膠可能會阻礙觀測，因為它們吸收光譜上相似的波長。

上圖為戴森球或戴森環，高度發達的外星社會假想設施，用於收集恆星能量為己所用。它們是科學家正在尋找的另一種技術特徵。圖源自維基百科。

NASA在2018年召開了一場技術簽名研討會，該研討會聚焦搜尋外星智慧生命的新方法。這些方法包括：尋找光學鐳射脈衝，尋找比我們更加先進的文明建造的大型設施，或尋找其他可能改變行星環境方式的標誌。研討會激發了科學家尋找外星智慧生命的新興趣，但更多的科學家想拓寬尋找智慧生命的途徑，這是一項偉大的事業。

我們不知道第一份外星生命的證據是什麼，也不知道它何時會出現，但如果二氧化氮汙染理論成立，它將完美反映我們自己的地球文明。

結語：NASA的科學家提出了一種搜尋外星文明的新方法：尋找系外行星的大氣汙染，這種汙染與地球大氣汙染相似。

作者：Paul Scott Anderson

FY：Astronomical volunteer team