新论文认为韦伯望远镜足够强大可以看到系外行星中的各种生物特征

在另一个世界上寻找生命的最大希望不是聆听编码信息或前往遥远的恒星，而是检测系外行星大气中生命的化学迹象。人们通常认为，这一期待已久的成就超出了我们目前的天文台，但一项新研究认为，詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)可以实现这一目标。

迄今为止我们发现的大部分系外行星都是通过凌星法发现的。从我们的角度来看，这是一颗行星从其恒星前方经过的地方。即使我们不能直接观察这颗行星，我们也可以看到恒星的亮度下降了百分之几。当我们随着时间的推移观察恒星时，我们可以发现有规律的亮度下降模式，表明行星的存在。

这颗恒星的亮度下降是因为行星阻挡了部分星光。但如果这颗行星也有大气层，就会有少量光线在到达我们之前穿过大气层。根据大气的化学成分，某些波长将被吸收，形成星光光谱内的吸收光谱。我们早已能够通过吸收和发射光谱来识别原子和分子，因此原则上我们可以通过凌日法确定行星的大气成分。

虽然这个想法很简单，但将其付诸实践却很困难。首先，星光不仅仅是稳定的光流。有耀斑、星斑和其他湍流会导致信号中出现噪声。因此，即使只是检测行星亮度下降也很困难。虽然行星会阻挡不到1%的光线，但穿过系外行星大气层的星光量确实微乎其微。需要多次凌日并进行极其详细的光谱观测才能检测到大气光谱。

我们已经对一些系外行星完成了这项工作，例如检测水和有机化合物的存在，但这些都是针对大气层厚的大型气体行星完成的。我们还无法在类似地球的岩石世界上做到这一点。我们的望远镜不够灵敏。但这项可在arXiv预印本服务器上获得的新研究表明，JWST可以根据大气中的丰度来检测某些化学生物特征。

该团队模拟了五种类地世界的大气条件：海洋世界、火山活跃世界、高轰击时期的岩石世界、超级地球以及生命出现时的地球世界。他们假设所有这些星球的表面压力都小于地球大气压的五个，并计算了几种有机产生的分子(如甲烷、氨和一氧化碳)的吸收光谱。这些分子也可以通过非生物方法形成，但它们形成了一个很好的基线作为概念证明。

他们发现，在相当厚的大气层中，JWST，特别是其NIRSpecG395M/H仪器，可以在行星凌日10次内确认这些分子的存在。对于超级地球和其他大气层浓厚的世界来说，这将是最容易的，但对于可能适合居住的世界来说，这仍然是可能的。

考虑到所需的凌日次数，我们用JWST检测生物特征的最佳机会是红矮星的近轨道世界，例如Trappist-1系统，它有几个可能适合居住的地球大小的行星。考虑到生物和非生物起源之间的重叠，JWST的观察可能不足以确认生命的存在，但这项研究表明我们非常接近这种能力。