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，假如我們附近的恒星系統中存在先進的地外文明，我們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，這種氣體主要由化石燃料燃燒產生，不過它也有一些非工業來源，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（距地面約10至15公里）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化文明。」 Kopparapu是這項研究的第一作者，該論文已被《天體物理學雜志》接受。
迄今為止，天文學家已經發現了4000多個系外行星。據我們所知，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。由於其他恒星周圍的行星（系外行星）過於遙遠，科學家們無法通過發射航天器的方式，來尋找尋找它們的生命或文明跡象。因此，他們需要使用功能強大的望遠鏡來觀察這些系外行星大氣層內部的物質。
一個生命標志的可能跡象是，大氣由氧氣與甲烷等氣體組成。同樣地，系外行星的科技標志物也可能是在地球上被視為汙染的氣體，這類氣體（比如二氧化氮）是工業過程中的副產品。
「其他一些研究已經將氯氟烴（CFC）作為一種可能的科技標志物。氯氟烴是一種工業產品，曾被廣泛用作制冷劑，後來因為會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，可從大氣層獲取額外熱量，可以用於火星等其他行星的地球化改造。據我們所知，生物完全不會產生CFC，因此與二氧化氮相比，它是一種更明顯的科技標志物。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大量吸收一定波長的可見光，這可以通過觀察系外行星繞恒星運行時反射的光來檢測。
研究人員發現，對於一顆圍繞類日恒星運行的類地行星，如果當地的文明產生了和地球相當數量的二氧化氮，那麼使用未來NASA發射的大型可見光望遠鏡，我們就能在30光年左右的距離內觀測約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）將產生更強且更易被檢測到的二氧化氮信號。這是因為紫外線能夠分解二氧化氮，而這些恒星產生的紫外線較少。多種類型的恒星也增加發現外星文明的機會。
由於二氧化氮也可以由自然環境產生，因此將來科學家們必須細致地分析系外行星，判斷是否還有其他物質會產生於一個技術發達的社會。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活動造成的。如果我們觀察到另一顆行星上存在二氧化氮，那麼將需要通過模型來估算非工業來源產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，則多餘的二氧化氮可能產生於工業活動。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或氣溶膠。雲、氣溶膠和二氧化氮吸收的光的波長相似，因此可能會導致假陽性。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從地面到太空的多層空氣柱。在大多數情況下，這是一個很好的假設，且能進行快速計算。但是行星是三維物體，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准確性。
