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科技高度發(fā)達的系外行星藝術(shù)插圖。通過增強色彩凸顯了原本不可見的工業(yè)污染。圖片來源：NASA/Jay Freidlander

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撰文 | Bill Steigerwald

翻譯 | 耿淑娟

審校 | 張和持

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近期，NASA發(fā)表的一項研究表明，假如我們附近的恒星系統(tǒng)中存在先進的地外文明，我們或許能夠利用它自身的大氣污染，對其進行探測。這項研究主要評估了一種大氣污染物——二氧化氮。在地球上，這種氣體主要由化石燃料燃燒產(chǎn)生，不過它也有一些非工業(yè)來源，例如一些生物學過程、閃電和火山噴發(fā)。

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“在地球上，大多數(shù)二氧化氮來自人類活動——比如汽車尾氣和化石燃料發(fā)電廠，”NASA戈達德太空飛行中心的Ravi Kopparapu說，“在較低層大氣中（距地面約10至15公里）的二氧化氮，絕大部分來自人類活動。因此，在宜居星球上觀測到二氧化氮，或許能夠說明該星球存在工業(yè)化文明。” Kopparapu是這項研究的第一作者，該論文已被《天體物理學雜志》接受。

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人類工業(yè)活動產(chǎn)生大量的二氧化氮。圖片來源：Pixabay

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迄今為止，天文學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了4000多個系外行星。據(jù)我們所知，有些行星可能擁有適合生命存在的環(huán)境條件，在其中一些行星中，生命或許已經(jīng)達到了科技文明的程度。由于其他恒星周圍的行星（系外行星）過于遙遠，科學家們無法通過發(fā)射航天器的方式，來尋找尋找它們的生命或文明跡象。因此，他們需要使用功能強大的望遠鏡來觀察這些系外行星大氣層內(nèi)部的物質(zhì)。

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一個生命標志的可能跡象是，大氣由氧氣與甲烷等氣體組成。同樣地，系外行星的科技標志物也可能是在地球上被視為污染的氣體，這類氣體（比如二氧化氮）是工業(yè)過程中的副產(chǎn)品。

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“其他一些研究已經(jīng)將氯氟烴（CFC）作為一種可能的科技標志物。氯氟烴是一種工業(yè)產(chǎn)品，曾被廣泛用作制冷劑，后來因為會導致臭氧層空洞而被淘汰?！?該論文的合作作者、藍色大理石太空科學研究所的Jacob Haqq-Misra表示，“CFC也是一種強效溫室氣體，可從大氣層獲取額外熱量，可以用于火星等其他行星的地球化改造。據(jù)我們所知，生物完全不會產(chǎn)生CFC，因此與二氧化氮相比，它是一種更明顯的科技標志物。但是，它是非常特殊的人造化學品，在其他星球上可能并不普遍；而相比之下，二氧化氮則是任何燃燒過程的一般副產(chǎn)物?！?/p>

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在這項研究中，研究小組利用計算機建模預測二氧化氮污染產(chǎn)生的信號，是否可以被當前和未來的望遠鏡檢測到。大氣中的二氧化氮會大量吸收一定波長的可見光，這可以通過觀察系外行星繞恒星運行時反射的光來檢測。

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研究人員發(fā)現(xiàn)，對于一顆圍繞類日恒星運行的類地行星，如果當?shù)氐奈拿鳟a(chǎn)生了和地球相當數(shù)量的二氧化氮，那么使用未來NASA發(fā)射的大型可見光望遠鏡，我們就能在30光年左右的距離內(nèi)觀測約400小時，進而發(fā)現(xiàn)它。此觀測時間雖然十分漫長，但并非史無前例，NASA的哈勃太空望遠鏡便花費了相似的時間進行著名的深空觀測（Deep Field observations）。

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研究者們還發(fā)現(xiàn)，比太陽溫度更低、更常見的恒星（如K和M型恒星）將產(chǎn)生更強且更易被檢測到的二氧化氮信號。這是因為紫外線能夠分解二氧化氮，而這些恒星產(chǎn)生的紫外線較少。多種類型的恒星也增加發(fā)現(xiàn)外星文明的機會。

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由于二氧化氮也可以由自然環(huán)境產(chǎn)生，因此將來科學家們必須細致地分析系外行星，判斷是否還有其他物質(zhì)會產(chǎn)生于一個技術(shù)發(fā)達的社會。該論文的共同作者、NASA戈達德太空飛行中心的 Giada Arney表示：“在地球上，約有76％的二氧化氮排放是由工業(yè)活動造成的。如果我們觀察到另一顆行星上存在二氧化氮，那么將需要通過模型來估算非工業(yè)來源產(chǎn)生的最大二氧化氮排放量。而如果觀察到的二氧化氮量超出了最大的排放量，則多余的二氧化氮可能產(chǎn)生于工業(yè)活動。但是，在尋找地外生命的過程中，總是存在假陽性的可能性，因此在未來的工作中，需要確保能夠區(qū)分陽性和假陽性?！?/p>

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還有可能存在的情況是，行星的大氣中存在云或氣溶膠。云、氣溶膠和二氧化氮吸收的光的波長相似，因此可能會導致假陽性。該研究團隊計劃使用更先進的模型來判斷，是否能夠利用云層的自然變化來對二者進行區(qū)分。在初步研究中，研究人員利用模型，將行星大氣層假設為從地面到太空的多層空氣柱。在大多數(shù)情況下，這是一個很好的假設，且能進行快速計算。但是行星是三維物體，而不是一維的空氣柱。該小組在后續(xù)的研究中，將使用3D模型來驗證比較這一初步結(jié)果的準確性。

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原文鏈接：

https://phys.org/news/2021-02-extraterrestrial-civilization-pollution-solution-nasa.html


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