新的研究表明，下一代先进的望远镜可以通过仔细观察附近系外行星的大气层来加强对潜在外星生命的搜寻。

最近发表在《天文学杂志》上的一篇论文详细介绍了俄亥俄州立大学的一组天文学家如何检验即将到来的望远镜在10颗岩石系外行星上探测氧气、二氧化碳、甲烷和水的化学痕迹的能力。这些元素也是在地球大气中发现的生物特征，可以提供生命存在的关键科学证据。

研究发现，对于比邻星b和GJ 887 b这两个附近的行星，这些望远镜在探测潜在生物特征的存在方面非常熟练。在这两颗行星中，研究结果表明，只有在比邻星b上，如果二氧化碳存在的话，机器才能探测到二氧化碳。虽然目前还没有发现与地球的早期生命条件完全相似的系外行星，但这项研究表明，如果进行更详细的研究，这种独特的超级地球——比地球大但比海王星小的行星——可能成为未来研究任务的合适目标。

为了进一步寻找适合居住的行星，该研究的主要作者、俄亥俄州立大学天文学大四学生张慧豪和他的同事们还试图确定詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)和其他超大型望远镜(elt)(如欧洲超大型望远镜、30米望远镜和巨型麦哲伦望远镜)等专业成像仪器在直接成像系外行星方面的有效性。

张说:“并不是每个行星都适合直接成像，但这就是为什么模拟让我们大致了解elt将提供什么，以及它们在建造时的承诺。”

对系外行星进行成像的直接方法包括使用日冕仪或遮光罩来阻挡宿主恒星的光线，使科学家能够捕捉到轨道上新世界的微弱图像。但由于以这种方式定位它们既困难又耗时，研究人员的目标是看看ELT望远镜能在多大程度上应对这一挑战。

为了做到这一点，他们测试了每台望远镜仪器区分宇宙背景噪音和行星噪音的能力，他们的目标是在探测生物特征时捕捉到这些噪音;信噪比越高，行星的波长就越容易被探测和分析。

结果表明，欧洲ELT仪器之一的中红外ELT成像仪和光谱仪在识别三颗行星(GJ 887 b, Proxima b和Wolf 1061 c)存在甲烷，二氧化碳和水方面表现更好，而其高角分辨率单片光学和近红外积分场光谱仪可以检测甲烷，二氧化碳，氧气和水，但需要更多的曝光时间。

此外，由于这些结论是关于仪器将不得不透过地球大气的化学雾来推进对宇宙生命的搜索，因此它们与JWST目前的外层空间能力进行了比较，张说。

“很难说太空望远镜是否比地面望远镜更好，因为它们是不同的，”他说。“他们有不同的环境，不同的位置，他们的观察有不同的影响。”

在这种情况下，研究结果表明，虽然GJ 887 b是ELT直接成像的最合适目标之一，因为它的位置和大小导致了特别高的信噪比，但对于一些凌日行星，如TRAPPIST-1系统，JWST研究行星大气的技术比从地球上的ELT直接成像更适合探测它们。

但由于这项研究对数据采取了更保守的假设，张说，未来天文工具的真正有效性仍然会让科学家感到惊讶。俄亥俄州立大学(Ohio State)天文学助理教授、该研究的合著者王吉(Ji Wang)说，抛开性能上的细微差异不提，这些强大的技术有助于扩大我们对宇宙的理解，并相互补充。他说，这就是为什么像这样评估这些技术局限性的研究是必要的。

“模拟的重要性，特别是对于耗资数十亿美元的任务，怎么强调都不为过，”王说。“人们不仅要制造硬件，还要努力模拟性能，准备实现那些辉煌的结果。”

十有八九，由于ELT要到本世纪末才能完成，研究人员的下一步将围绕模拟未来ELT仪器在调查我们自己星球上大量生命证据的复杂性方面的表现。

王说:“我们想看看我们能在多大程度上精确地研究我们的大气层，以及我们能从中提取多少信息。”“因为如果我们不能回答地球大气层的可居住性问题，那么我们就无法开始回答其他行星周围的这些问题。”