□小松研吾
系外行星距離我們非常遙遠，因此，直接去往行星表面進行探測是十分困難的。那麼，姑且先假定系外行星或者它的衛星上有生命存在，再去試著尋找這些「生命存在」的證據怎麼樣？
通過大氣尋找「生命標記」
探測系外行星的大氣成分，是確定這顆行星上是否有生命存在的一種方法。地球的大氣中，有約20%的氧氣，這些氧氣幾乎全部都是植物通過光合作用產生的。實際上，如果地球上的植物不能持續產生氧氣的話，大氣中這些氧氣很快就會消失殆盡，因為氧氣很容易和其他物質發生反應。科學家們由此推測，如果在系外行星的大氣中發現了氧氣的話，就可以作為這顆行星上可能存在植物的證據，這種標誌著生命存在的證據被稱為「生物標記」。
然而，「近期最新的研究表明，行星上有著各種各樣產生氧氣的方法，即使是沒有生命存在的天體，也可能形成含有氧氣的大氣」。日本東京大學從事系外行星觀測研究的成田憲保博士如是說。
例如，如果行星表面有大量的液態水和氧化鈦存在的話，就可以為大氣持續供給氧氣，而氧化鈦在地球等太陽系的巖質行星和衛星上儲量很豐富。在氧化鈦和液態水接觸的狀態下，進一步受到中心恆星的紫外線照射，水分子就會分解產生氧原子，氧原子進一步發生反應生成氧氣分子。
成田博士表示：如果某個系行星上有著和南美玻利維亞的烏尤尼鹽湖一樣廣大的淺水水域，同時那裡還有豐富的含有氧化鈦礦物存在的話，即使沒有生命，可能也能產生氧氣。
此外，來自中心恆星的紫外線和X射線有時也能產生氧氣。擁有液態水的行星，大氣中應當也會含有水蒸氣，這些水蒸氣在紫外線和X射線的照射下，會分解產生氫原子和氧原子。氫原子因為比較輕，會直接散逸到宇宙空間中，剩下氧原子相互反應生成氧氣分子。所以，僅僅發現了氧氣，並不能證明「確實有生命存在」。
因此，我們還得去尋找其他的生命存在可能產生的物質，比如甲烷。地球的大氣中也含有甲烷，這些甲烷幾乎全部是微生物產生的，火星探測也著力於試圖尋找甲烷。雖然火山活動等生命以外的原因也會向大氣中釋放甲烷，但如果大氣中同時富含氧氣和甲烷的話，存在生命的可能性就非常高了。
藉助恆星的光分析大氣成分
我們如何才能知道遙遠的系外行星大氣的成分呢？從地球看去，當系外行星從中心恆星面前飛過時，我們可以通過研究穿過行星大氣層的恆星的光來了解行星大氣的成分。如果大氣中含有氧氣或者甲烷等物質，這些物質會吸收特定波長的光，因此，只要確認了這些穿過行星大氣的光在哪些波長發生了吸取，就能知道這顆行星的大氣中是否含有氧氣或者甲烷了。
通過多個望遠鏡的觀測，人們對系外行星大氣成分的探測正在不斷推進中。本世紀20年代，預計會有「30米望眼鏡」（TMT）和「歐洲極大望遠鏡」（E-ELT）兩個口徑超過30米的超大型望遠鏡完工。通過這些望遠鏡的觀測，人們有望進一步詳細探明更多系外行星的大氣成分。
植物存在的證據——紅邊
除了研究大氣的成分之外，我們還可以通過研究中心恆星發出的光經過行星反射之後的光譜特徵來探尋植物存在的證據。地球上植物的光合作用會吸收大量可見光，但不參與光合作用的近紅外線會被大量反射出來，這一特徵被稱為「紅邊」。如果在分析某顆系外行星的反射光時發現了「紅邊」現象，科學家們就會認為這顆行星上很可能有類似地球上那些會進行光合作用的生物存在。
但地球上的植物之所以會利用可見光來進行光合作用，很重要的一個原因可能是太陽原本發出的可見光就足夠多。那麼，比太陽溫度低的紅矮星周圍的行星會怎麼樣？紅矮星發出的紅外光比可見光多，所以在紅矮星周圍的行星上誕生的植物很可能壓根就不像地球上的植物那樣通過可見光來進行光合作用，而是利用紅外線來進行光合作用的。因此，這些行星反射的光中「紅邊」出現的位置（波長）可能會更偏向紅外光的方向。
然而，日本天體生物學中心的瀧澤兼二博士等人的研究表明：紅矮星的行星和地球有著同樣的紅邊位置，因為即使是紅矮星，最初進行光合作用的生物應當也是從水中誕生的。由於水會吸收紅外線，於是水中誕生的生物應當也只能利用可見光來進行光合作用，因此這些生物登上陸地之後，在反射光譜圖像中顯示出的紅邊位置和地球一樣的可能性非常高。由於地球的大氣層會吸收近紅外線，因此，想要探測系外行星的紅邊，必須得用高性能的空間望遠鏡才行。NASA計劃於本世紀二三十年代發射Habex和LUVOIR兩枚新型空間望遠鏡，在這些望遠鏡的幫助下，人類有望在不遠的將來進一步探明系外行星上是否確實有生命存在。
（徐蒙譯，摘自《Newton科學世界》）