新的研究表明，下一代先进的望远镜可以通过仔细检查附近系外行星的大气层来加强对潜在外星生命的寻找。
最近发布在《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研究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层中发现的生物特征，可以提供生命的关键科学证据。
研究发现，对于一对邻近的行星，比邻星b和GJ 887 b，这些望远镜非常擅长探测潜在生物特征的存在。在两者中，研究结果表明，只有比邻星b才能检测到二氧化碳。虽然没有发现系外行星可以精确地将地球的早期生命条件结合在一起，但这项工作表明，如果更详细地研究，这种独特的超级地球 - 比地球质量更大但比海王星小的行星 - 可以成为未来研究任务的合适目标。
为了进一步寻找宜居行星，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·韦伯太空望远镜和其他超大望远镜等专业成像仪器的有效性，如欧洲超大望远镜、三十米望远镜和巨型麦哲伦望远镜在直接成像系外行星方面。
“并非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应该持有的承诺，”Zhang说。
对系外行星进行成像的直接方法涉及使用日冕仪或星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。但是，由于以这种方式定位它们可能既困难又耗时，研究人员旨在了解ELT望远镜如何应对这一挑战。
为此，他们测试了每台望远镜的仪器在检测生物特征时将普遍背景噪声与它们旨在捕获的行星噪声区分开来的能力;称为信噪比，它越高，行星的波长就越容易被检测和分析。
结果表明，欧洲ELT的一种仪器“中红外ELT成像仪和光谱仪”的直接成像模式在三颗行星上表现较好，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，但需要更多的暴露时间。
此外，由于这些结论是关于必须透过地球大气层的化学雾来推进对宇宙生命的寻找的仪器，因此将它们与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，研究结果显示，虽然GJ 887 b是ELT直接成像最合适的目标之一，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地球上ELT的直接成像更适合探测它们。
但是，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。撇开性能上的微妙对比不谈，这些强大的技术有助于拓宽我们对宇宙的理解，并旨在相互补充，该研究的合著者、俄亥俄州立大学天文学助理教授王吉说。他说，这就是为什么像这样的研究，评估这些技术的局限性是必要的。
“仿真的重要性，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。“人们不仅要构建硬件，还要非常努力地模拟性能，并准备好实现这些辉煌的结果。
很有可能，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的ELT仪器将如何研究我们星球上猖獗的生命证据的复杂性。
“我们想看看我们可以在多大程度上研究我们的大气层，以及我们可以从中提取多少信息，”王说。“因为如果我们不能回答地球大气层的宜居性问题，那么我们就没有办法开始回答其他行星周围的这些问题。
