美国宇航局：污染可能是寻找外星文明的解决方案

艺术家对技术先进的系外行星的说明。颜色被夸大以显示工业污染，否则将不可见。

根据美国国家航空航天局（NASA）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，我们也许可以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（NO2）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。

“在地球上，大部分的二氧化氮是通过人类活动排放的，这些燃烧过程是诸如汽车排放物和化石燃料发电厂之类的燃烧过程，”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，人类活动产生的二氧化氮占主导地位。因此，在宜居星球上观察NO2可能表明存在工业化文明。”Kopparapu是该研究论文的主要作者，这一论文被《天体物理学杂志》接受，并于20201年2月9日星期二在线发表在arXiv上。

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，在这些宜居的世界中，有些人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中的物质。

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-广泛存在的工业过程（例如NO2）的副产品释放出的气体的存在。

这项研究是首次将二氧化氮作为一种可能的技术特征进行了研究。

该论文的共同作者雅各布·哈克·米斯拉（Jacob Haqq-Misra）表示：“其他研究已将氯氟烃（CFC）视为可能的技术特征，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，直至被淘汰。在华盛顿州西雅图的蓝色大理石科学研究所。“ CFC还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NO2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，NO2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NO2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NO2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NASA望远镜可以在长达约30光年的距离内，通过约400个小时的观测时间，检测出与我们产生同样量NO2的文明。在可见波长下观察。这是一个相当长的时间，但并非史无前例，因为美国宇航局的哈勃太空望远镜花了相近的时间进行了著名的深场观测。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NO2信号。这是因为这类恒星产生的紫外线较少，可以分解NO2。较丰富的恒星增加了发现外星文明的机会。

由于NO2也是自然产生的，因此科学家将必须仔细分析系外行星，以查看是否有可能归因于科技社会的过量。该论文的合著者，美国宇航局戈达德分校的贾达·阿尼说：“在地球上，约有76％的NO2排放是由于工业活动造成的。”“如果我们在另一颗行星上观察到NO2，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NO2排放量。如果我们观察到的NO2超出了我们模型所显示的来自非工业来源的可信度，那么其余的NO2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来。”

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。小组的后续研究将使用3D模型来比较其初始结果的准确性。

参考：Ravi Kopparapu，Giada Arney，Jacob Haqq-Misra，Jacob Lustig-Yaeger和Geronimo Villanueva所接受的“二氧化氮污染是外星技术的标志”，被《天体物理学杂志》接受。
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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得到了NASA行星科学部研究计划的支持。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（NExSS）研究协调网络的一部分的NASA天体生物学计划进行的。