NASA研究:要寻找地球外文明,污染可能是解决方案

根据美国国家航空航天局的一项新研究,如果有先进的地球外文明居住在附近的恒星系统中,我们也许能够利用自身的大气污染对其进行探测。这项研究着眼于二氧化氮气体(NO 2)的存在,其在地球上是通过燃烧化石燃料产生的,但也可能来自非工业来源,例如生物学,闪电和火山。

技术上先进的系外行星的艺术家插图。颜色被夸大以显示工业污染,否则将不可见。

“在地球上,大多数的二氧化氮是从人类活动中释放出来的-燃烧过程包括车辆排放物和化石燃料发电厂,”位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的拉维·科帕帕拉普(Ravi Kopparapu)说。“在较低的大气层(约10至15公里,或约6.2至9.3英里),与非人类来源相比,来自人类活动的NO 2占主导地位。因此,在宜居星球上观察到NO 2可能表明存在工业化文明。” Kopparapu是有关这项研究的论文的主要作者,这一论文已被《天体物理学杂志》接受,并于2月9日星期二在arXiv在线发表。

迄今为止,天文学家已经发现了4000多个围绕其他恒星运行的行星。据我们所知,有些人可能拥有适合生活的条件,在其中一些宜居的世界中,生活可能已经进化到了产生技术文明的地步。由于围绕其他恒星(系外行星)的行星相距甚远,因此科学家无法通过将航天器送往这些遥远的世界来寻找生命或文明的迹象。相反,他们必须使用功能强大的望远镜才能看到系外行星大气层内部的物质。

生命或生物特征的可能指示可能是大气中氧气和甲烷等气体的组合。同样,系外行星上的技术标志,称为技术签名,可能被认为是地球上的污染-一种气体的存在,该气体作为广泛的工业过程的副产物(例如NO 2)释放出来。

这项研究是首次将NO 2作为一种可能的技术特征进行了研究。

该论文的共同作者Jacob Haqq-Misra说:“其他研究已经将氯氟烃(CFC)作为可能的技术特征进行了检验,它们是工业产品,由于其在臭氧消耗中的作用而被广泛用作制冷剂,直到被淘汰为止。”在华盛顿州西雅图的蓝色大理石科学研究所。“ CFC也是一种强大的温室气体,可通过提供来自大气层的额外变暖来使火星等星球变质。据我们所知,CFC根本不是由生物产生的,因此它们是比NO 2更明显的技术特征。但是,氟氯化碳是非常特殊的人造化学品,在其他地方可能不常见。相比之下,NO 2是任何燃烧过程的一般副产物。”

在他们的研究中,研究小组使用计算机建模来预测NO 2污染是否会产生可用于当前和计划中的望远镜检测的信号。大气中的NO 2强烈吸收可见光的某些颜色(波长),这可以通过观察系外行星绕恒星运行时从其反射的光来检测。他们发现,对于一颗围绕类太阳行星运行的类似地球的行星,使用未来的大型美国国家航空航天局(NASA)可以在长达约30光年的距离内检测到产生与我们相同数量的NO 2的文明,同时需要进行约400小时的观察望远镜在可见波长处观察。这是一个相当长的时间,但并非史无前例,因为NASA的哈勃太空望远镜花费了相近的时间深地观测。一光年,即光在一年中传播的距离,将近6万亿英里(约9.5万亿公里)。相比之下,距离我们太阳最近的恒星是在距离我们超过4光年的阿尔法半人马座系统中发现的,而我们的星系约有100,000光年。

他们还发现,比我们的太阳更凉爽,更常见的恒星,例如K和M型恒星,将产生更强,更容易检测到的NO 2信号。这是因为这类恒星产生的紫外线较少,可以分解NO 2。较丰富的恒星增加了发现外星文明的机会。

由于NO 2也是自然产生的,因此科学家将必须仔细分析系外行星,以查看是否有多余物质可归因于技术社会。该论文的合著者,美国宇航局戈达德分校的贾达·阿尼(Giada Arney)说:“在地球上,NO 2排放量约占76%。” “如果我们在另一颗行星上观察到NO 2,我们将必须运行模型来估算一个人仅来自非工业来源可能产生的最大NO 2排放量。如果我们观察到的NO 2超出了我们模型所表明的可能来自非工业来源,那么其余的NO 2可能归因于工业活动。然而,在寻找地球以外的生命时,总是存在假阳性的可能性,因此,未来的工作将需要确保有信心将真阳性与假阳性区分开。”

其他并发症包括大气中存在云或气溶胶。云和气溶胶吸收的光的波长与二氧化氮相似,因此它们可以模仿签名。该团队计划使用更高级的模型来查看是否可以使用云量的自然可变性来区分两者。在此初步研究中,研究人员使用了一个模型,该模型假设行星的大气层是从地面到太空的多层单列。对于大多数目的和快速计算而言,这是一个很好的假设。但是行星是3D对象,而不是单列。该小组的后续研究将使用3D模型比较其初始结果的准确性。

这项工作是由美国宇航局戈达德的卖方系外行星环境合作组织(SEEC)和美国宇航局系外生物学计划资助的。SEEC由NASA行星科学部的研究计划支持。这项工作是通过NASA天体生物学研究所作为NASA虚拟行星实验室的一部分进行的,并且是作为系外行星系统科学Nexus(NExSS)研究协调网络的一部分的NASA天体生物学计划进行的。

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