基于污染寻找地外文明是好方法吗?

2021年3月27日15:47:28科学探索57阅读模式

基于污染寻找地外文明是好方法吗?

作者| BillSteigerwald

翻译|耿淑娟

修改|张

最近美国宇航局发表的一项研究表明,如果我们附近的恒星系统中有一个先进的外星文明,我们也许可以利用它自身的空气污染来探测它。这项研究主要评估一种空气污染物,——二氧化氮。在地球上,这种气体主要是由化石燃料燃烧产生的,但它也有一些非工业来源,如一些生物过程、闪电和火山爆发。

美国宇航局戈达德太空飞行中心的Ravi Kopparapu说:“在地球上,大多数二氧化氮来自人类活动——,如汽车尾气和化石燃料发电厂。”“低层大气(离地面约10至15公里)中的大部分二氧化氮来自人类活动。所以,在一个宜居星球上观测二氧化氮,可能预示着这个星球上存在着工业化文明。”Kopparapu是本研究的第一作者,本论文已被《天体物理学杂志》接受。

基于污染寻找地外文明是好方法吗?

迄今为止,天文学家已经发现了4000多颗系外行星。据我们所知,有些星球可能有适合生命存在的环境阈值,在其中的一些星球上,生命可能已经达到了科技文明的水平。因为其他恒星周围的行星(系外行星)太远,科学家无法通过发射宇宙飞船来寻找它们的生命或文明迹象。因此,他们需要使用强大的望远镜来观察这些系外行星大气中的物质。

生命迹象的一个可能标志是大气由氧气和甲烷等气体组成。同样,系外行星的科技标志也可能是被认为是地球污染的气体,如工业过程的副产品二氧化氮。

“其他研究已经把含氯氟烃作为一种可能性

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。” 该论文的合作作者、蓝色大理石太空科学研究所的Jacob 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,它是一种更明显的科技标志物。但是,它是非常特殊的人造化学品,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信号,是否可以被当前和未来的望远镜检测到。大气中的二氧化氮大量吸收一定波长的可见光,这可以通过观察系外行星绕恒星运行时反射的光来检测。

研究人员发现,对于一颗围绕类日恒星运行的类地行星,如果当地的文明产生了和地球相当数量的二氧化氮,那么使用未来NASA发射的大型可见光望远镜,我们就能在30光年左右的距离内观测约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的哈勃太空望远镜便花费了相似的时间进行著名的深空观测(Deep Field observations)。

研究者们还发现,比太阳温度更低、更常见的恒星(如K和M型恒星)将产生更强且更易被检测到的二氧化氮信号。这是因为紫外线能够分解二氧化氮,而这些恒星产生的紫外线较少。多种类型的恒星也增加发现外星文明的机会。

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社会。该论文的共同作者、NASA戈达德太空飞行中心的 Giada Arney表示:“在地球上,约有76%的二氧化氮排放是由工业活动造成的。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最大二氧化氮排放量。而如果观察到的二氧化氮量超出了最大的排放量,则多余的二氧化氮可能产生于工业活动。但是,在寻找地外生命的过程中,总是存在假阳性的可能性,因此在未来的工作中,需要确保能够区分阳性和假阳性。”

还有可能存在的情况是,行星的大气中存在云或气溶胶。云、气溶胶和二氧化氮吸收的光的波长相似,因此可能会导致假阳性。该研究团队计划使用更先进的模型来判断,是否能够利用云层的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多层空气柱。在大多数情况下,这是一个很好的假设,且能进行快速计算。但是行星是三维物体,而不是一维的空气柱。该小组在后续的研究中,将使用3D模型来验证比较这一初步结果的准确性。

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