人类历史上最重大的问题 将在几年内得到答案

位于智利北部、目前正在建设中的极大望远镜（ELT），将为我们提供前所未有的银河系视角，超越以往任何地面望远镜，带来的变革程度难以言表。

ELT的主镜阵列直径将达到39米，有效集光能力将比现有望远镜高出一个数量级，成像清晰度是哈勃太空望远镜的16倍。计划于2028年投入使用，而根据最新研究，首批研究成果可能会在启用后立即大量涌现。

ELT最强大的功能之一，是可以捕捉到系外行星大气中非常微弱的光谱信号。这个观测过程一般发生在这样的时刻：从地球的角度看，一颗行星恰好经过它所绕行的恒星前面。

当这种凌日现象发生时，一小部分恒星的光会穿过这颗行星的大气层再到达我们这里。

科学家就可以分析这部分光中被大气层吸收的波长（也就是吸收光谱），由此判断大气中有哪些分子，比如水、二氧化碳、氧气等。

简单来说，就是通过分析恒星光在穿过行星大气层时发生了怎样的变化，来“解读”这个行星空气里的成分。

例如，詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST）就曾获取过一些系外行星大气的数据。

但有时通过凌日方式获取的数据并不确凿。例如，JWST在观测TRAPPIST-1行星系统时，似乎发现行星b和c没有大气层，但数据并不足以完全排除大气存在的可能。这些行星可能存在过于稀薄的大气层，光谱线太微弱，JWST难以探测。

而ELT更高的灵敏度应该能够解答这个问题。更令人兴奋的是，ELT不仅可以探测凌日行星的大气光谱，还可能通过反射星光获取非凌日行星的大气数据。

为了测试ELT的能力，研究人员进行了一些模拟实验。他们模拟了在多种不同的条件下，ELT观测系外行星的表现。

研究主要关注的是围绕附近红矮星运行的行星，因为这种行星在宇宙中数量最多，最常见。

他们设计了四种不同的类地行星场景，来作为模拟对象：

一个非工业化的地球，也就是类似我们人类出现之前的地球，有丰富的水资源和大量进行光合作用的植物。

太古代早期地球，也就是生命刚开始出现和发展的时候，生物还很原始。

类似火星或金星的类地行星，这些行星的海洋已经蒸发，表面干燥。

一个前生命地球，也就是虽然有生命存在的条件（比如适宜的温度、液态水等），但实际上并没有生命存在的星球。

研究人员想通过这些设定，来测试ELT是否能准确分辨这些不同类型的行星，尤其是能不能看出哪些星球上有生命或没有生命。

图片来源：Swinburne Astronomy Productions/ESO

作为对比，团队还考虑了海王星大小的行星，这类行星应有显著更厚的大气层。研究的目标是确认ELT能否区分这些不同类型的类地行星，更重要的是评估数据是否会产生“假阳性”或“假阴性”——也就是说，一个无生命的世界是否会看起来像有生命，一个有生命的世界是否可能看起来像是死寂星球。

根据模拟结果，作者认为，在邻近的恒星系统中，我们应该能清晰准确地分辨这些情况。对于最近的恒星比邻星，如果拥有类地行星，仅需十小时观测就能探测出生命迹象。

对于海王星大小的行星，ELT只需约一小时就能获取大气光谱。

这意味着，如果邻近恒星系统中存在生命，ELT应该能够探测到。人类历史上最重大的问题之一，或许将在几年内得到答案。