新的研究表明，下一代先進的望遠鏡可以透過仔細觀察附近系外行星的大氣層，進一步搜尋潛在的地外生命。最近發表在《天文雜誌》上的一篇新論文詳細介紹了俄亥俄州立大學的一個天文學家小組如何研究即將到來的望遠鏡探測10 顆岩石系外行星上氧氣、二氧化碳、甲烷和水的化學痕蹟的能力。這些元素是地球大氣中也能發現的生物特徵，能為生命提供關鍵的科學證據。

研究發現，對於這對鄰近世界–比鄰星b和GJ 887 b，這些望遠鏡非常善於探測潛在生物特徵的存在。研究結果表明，只有比鄰半人馬座b存在二氧化碳時，這些機器才能探測到。雖然目前還沒有發現任何系外行星與地球早期的生命條件完全吻合，但這項工作表明，如果對這些獨特的超級地球–比地球質量大但比海王星小的行星進行更詳細的研究，它們可能會成為未來研究任務的合適目標。

為了進一步尋找宜居行星，該研究的第一作者、俄亥俄州立大學天文學大四學生張惠浩和他的同事們還試圖確定詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）等專業成像儀器以及歐洲極大型望遠鏡、三十米望遠鏡和巨型麥哲倫望遠鏡等其他極大型望遠鏡（ELT）直接成像系外行星的效果。

張說：”並不是每顆行星都適合直接成像，但這就是為什麼模擬能讓我們大致了解ELT會帶來什麼結果，以及它們建成後要實現的承諾。”

為系外行星成像的直接方法是使用日冕儀或星蔭遮擋主恆星的光線，使科學家能夠捕捉軌道上新世界的模糊影像。但是，由於用這種方法確定係外行星的位置既困難又耗時，研究人員希望了解ELT 望遠鏡在應對這項挑戰時的表現。為此，他們測試了每台望遠鏡的儀器在檢測生物特徵時將普遍背景噪聲與他們想要捕捉的行星噪聲區分開來的能力；這種能力被稱為信噪比，信噪比越高，行星的波長就越容易被偵測和分析。

結果表明，歐洲ELT 的一台儀器（稱為中紅外線ELT 成像儀和攝譜儀）的直接成像模式在識別三顆行星（GJ 887 b、比鄰星b 和天狼星1061 c）是否存在甲烷、二氧化碳和水方面表現較好，而其高角度解析度整體光學和近紅外線積分場攝譜儀可以探測到甲烷、二氧化碳、氧氣和水，但需要更多的曝光時間。

此外，由於這些結論所涉及的儀器必須透過地球大氣層的化學迷霧才能窺探到宇宙生命，因此要與JWST目前的外太空能力進行比較。他說：”很難說太空望遠鏡是否比地面望遠鏡更好，因為它們是不同的。它們有不同的環境、不同的位置，它們的觀測也有不同的影響因素。”

在這種情況下，研究結果表明，雖然GJ 887 b 是最適合ELT 直接成像的目標之一，因為它的位置和大小導致特別高的信噪比，但對於某些凌日行星，如TRAPPIST- 1 系統，JWST 的行星大氣研究技術比地球上的ELT 直接成像更適合探測它們。

由於這項研究對數據做了較保守的假設，未來天文工具的真正功效仍可能令科學家們大吃一驚。這項研究的共同作者、俄亥俄州立大學天文學助理教授王吉（音譯）說，撇開性能上的微妙對比不談，這些強大的技術有助於拓寬我們對宇宙的認識，而且是相輔相成的，這就是為什麼像這樣評估這些技術限制的研究是必要的。

「模擬的重要性，尤其是對於耗資數十億美元的任務來說，怎麼強調都不為過，」王說。”人們不僅要建造硬件，還要非常努力地模擬性能，為取得那些輝煌的成果做好準備。”

很有可能，由於ELT 要到本世紀末才能完成，研究人員的下一步工作將圍繞模擬未來的ELT 儀器如何很好地調查我們星球上肆虐的生命證據的複雜性。

“我們想看看我們能在多大程度上對我們的大氣層進行細緻入微的研究，以及我們能從中提取多少信息，”王說。”因為如果我們不能用地球的大氣層回答宜居性問題，那麼我們就不可能開始回答其他行星周圍的這些問題。”

編譯來源：ScitechDaily