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根据污染寻找地外文明,是个好方法吗?

环球科学 2021-03-29

  撰文 | Bill Steigerwald 

  翻译 | 耿淑娟 

  审校 | 张和持 

  近期,NASA发表的兴发娱乐xf938一项研究表明,假如我们附近的兴发娱乐xf938恒星系统中存在先进的兴发娱乐xf938地外文明,我们或许能够利用它自身的兴发娱乐xf938大气污染,对其进行探测。这项研究主要评估了一种大气污染物——二氧化氮。在地球上,这种气体主要由化石燃料燃烧产生,不过它也有一些非工业来源,例如一些生物学过程、闪电和火山喷发。 

  “在地球上,大多数二氧化氮来自人类活动——比如汽车尾气和化石燃料发电厂,”NASA戈达德太空飞行中心的兴发娱乐xf938Ravi Kopparapu说,“在较低层大气中(距地面约10至15公里)的兴发娱乐xf938二氧化氮,绝大部分来自人类活动。因此,在宜居星球上观测到二氧化氮,或许能够说明该星球存在工业化文明。” Kopparapu是这项研究的兴发娱乐xf938第一作者,该论文已被《天体物理学杂志》接受。 

  迄今为止,天文学家已经发现了4000多个系外行星。据我们所知,有些行星可能拥有适合生命存在的兴发娱乐xf938环境条件,在其中一些行星中,生命或许已经达到了科技文明的兴发娱乐xf938程度。由于其他恒星周围的兴发娱乐xf938行星(系外行星)过于遥远,科学家们无法通过发射航天器的兴发娱乐xf938方式,来寻找寻找它们的兴发娱乐xf938生命或文明迹象。因此,他们需要使用功能强大的兴发娱乐xf938望远镜来观察这些系外行星大气层内部的兴发娱乐xf938物质 

  一个生命标志的兴发娱乐xf938可能迹象是,大气由氧气与甲烷等气体组成。同样地,系外行星的兴发娱乐xf938科技标志物也可能是在地球上被视为污染的兴发娱乐xf938气体,这类气体(比如二氧化氮)是工业过程的兴发娱乐xf938副产品。 

  “其他一些研究已经将氯氟烃(CFC)作为一种可能的兴发娱乐xf938科技标志物。氯氟烃是一种工业产品,曾被广泛用作制冷剂,后来因为会导致臭氧层空洞而被淘汰。” 该论文的兴发娱乐xf938合作作者、蓝色大理石太空科学研究所的兴发娱乐xf938Jacob Haqq-Misra表示,“CFC也是一种强效温室气体,可从大气层获取额外热量,可以用于火星等其他行星的兴发娱乐xf938地球化改造。据我们所知,生物完全不会产生CFC,因此与二氧化氮相比,它是一种更明显的兴发娱乐xf938科技标志物。但是,它是非常特殊的兴发娱乐xf938人造化学品,在其他星球上可能并不普遍;而相比之下,二氧化氮则是任何燃烧过程的兴发娱乐xf938一般副产物。” 

  在这项研究中,研究小组利用计算机建模预测二氧化氮污染产生的兴发娱乐xf938信号,是否可以被当前和未来的兴发娱乐xf938望远镜检测到。大气中的兴发娱乐xf938二氧化氮大量吸收一定波长的兴发娱乐xf938可见光,这可以通过观察系外行星绕恒星运行时反射的兴发娱乐xf938光来检测。 

  研究人员发现,对于一颗围绕类日恒星运行的兴发娱乐xf938类地行星,如果当地的兴发娱乐xf938文明产生了和地球相当数量的兴发娱乐xf938二氧化氮,那么使用未来NASA发射的兴发娱乐xf938大型可见光望远镜,我们就能在30光年左右的兴发娱乐xf938距离内观测约400小时,进而发现它。此观测时间虽然十分漫长,但并非史无前例,NASA的兴发娱乐xf938哈勃太空望远镜便花费了相似的兴发娱乐xf938时间进行著名的兴发娱乐xf938深空观测(Deep Field observations)。 

  研究者们还发现,比太阳温度更低、更常见的兴发娱乐xf938恒星(如K和M型恒星)将产生更强且更易被检测到的兴发娱乐xf938二氧化氮信号。这是因为紫外线能够分解二氧化氮,而这些恒星产生的兴发娱乐xf938紫外线较少。多种类型的兴发娱乐xf938恒星也增加发现外星文明的兴发娱乐xf938机会。 

  由于二氧化氮也可以由自然环境产生,因此将来科学家们必须细致地分析系外行星,判断是否还有其他物质会产生于一个技术发达的兴发娱乐xf938社会。该论文的兴发娱乐xf938共同作者、NASA戈达德太空飞行中心的兴发娱乐xf938 Giada Arney表示:“在地球上,约有76%的兴发娱乐xf938二氧化氮排放是由工业活动造成的兴发娱乐xf938。如果我们观察到另一颗行星上存在二氧化氮,那么将需要通过模型来估算非工业来源产生的兴发娱乐xf938最大二氧化氮排放量。而如果观察到的兴发娱乐xf938二氧化氮量超出了最大的兴发娱乐xf938排放量,则多余的兴发娱乐xf938二氧化氮可能产生于工业活动。但是,在寻找地外生命的兴发娱乐xf938过程中,总是存在假阳性的兴发娱乐xf938可能性,因此在未来的兴发娱乐xf938工作中,需要确保能够区分阳性和假阳性。” 

  还有可能存在的兴发娱乐xf938情况是,行星的兴发娱乐xf938大气中存在云或气溶胶。云、气溶胶和二氧化氮吸收的兴发娱乐xf938光的兴发娱乐xf938波长相似,因此可能会导致假阳性。该研究团队计划使用更先进的兴发娱乐xf938模型来判断,是否能够利用云层的兴发娱乐xf938自然变化来对二者进行区分。在初步研究中,研究人员利用模型,将行星大气层假设为从地面到太空的兴发娱乐xf938多层空气柱。在大多数情况下,这是一个很好的兴发娱乐xf938假设,且能进行快速计算。但是行星是三维物体,而不是一维的兴发娱乐xf938空气柱。该小组在后续的兴发娱乐xf938研究中,将使用3D模型来验证比较这一初步结果的兴发娱乐xf938准确性。 

责任编辑:王超

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