12年打造的超級望遠鏡，幾小時內或能找到外星生命

目前，三座巨型望遠鏡正在開發中，每一座都比現有的任何望遠鏡都要大得多。然而，這些計畫能否全部完成仍存在許多疑問。其中最龐大且最先進的是歐洲極大望遠鏡（ELT），自2017年開始建造，預計將於2029年進行首次觀測。

ELT的首要任務之一，是在系外行星（繞行其他恆星的行星）的大氣層中尋找「生物標誌」，即可能暗示生命存在的化學物質。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）也在進行類似的探索，儘管其發現仍存在高度爭議。然而，JWST可能無法收集足夠的光線，以確切偵測到天體生物學家所尋找的微妙化學變化。

為此，更大的鏡面是必要的。ELT將配備直徑達39公尺（128英尺）的鏡面，使其能夠接收比JWST多37倍的光線。即使考慮到智利塞羅阿馬索內斯觀測點上空地球大氣層的幹擾，這也可能帶來決定性的差異。

至少這是我們的期望，但在實際運作並進行首次觀測之前，我們無法確定。不過，華盛頓大學的邁爾斯·柯里博士和維多利亞·梅多斯教授已嘗試模擬ELT在觀測距離地球約16光年內的已知行星時的能力。

最令人印象深刻的是，柯里和梅多斯認為，望遠鏡在觀測非凌日行星時的任務更為困難。當行星從我們和其恆星之間經過（凌日）時，恆星的光會穿過其可能擁有的任何大氣層。大氣層中的分子會阻擋特定波長的光，形成我們可以識別的「指紋」。JWST已經對幾顆不適合生命存在的氣態巨行星進行了這樣的觀測，也觀察了某些岩石行星，但遺憾的是，在這些案例中並未發現大氣層的證據。

當行星從我們的視角中不凌日時，任務將更加困難。要確定其大氣層的組成，我們必須觀察它們反射的光，並將其與恆星的直射光區分開來，而恆星的光線將比行星反射的光亮數萬倍。

儘管如此，柯里和梅多斯計算出，若假設比鄰星b（Proxima Centauri b）擁有大氣層，僅需約10小時的觀測，便能確定其大氣中氧氣與甲烷或二氧化碳與甲烷的比例。這些比例非常重要，因為氧氣具有高度反應性，若沒有持續的補充，特別是在含有大量甲烷的大氣層中，氧氣將無法存留。除非有巨大的海洋正在緩慢蒸發，否則很難想像這些氧氣的來源，若不是光合作用生命體的話。二氧化碳與甲烷的比例則可以幫助驗證這一解釋，作者認為這也將更容易測量。

然而，比鄰星b很可能根本沒有大氣層。其恆星雖然暗淡，但經常發生閃焰，可能早已將這顆如此接近的行星的大氣層剝離。不過，我們知道還有許多更有可能的行星，它們距離我們仍然相對較近。這些行星的額外距離意味著它們反射的光線較少，因此ELT需要更長時間的觀測才能收集足夠的光線，但這仍然是一個出乎意料的短時間。

這並不意味著我們可以期待在ELT開始運作後的幾個晚上內就找到生命。首先，探測行星大氣層只是ELT眾多用途之一，研究人員將需要競爭使用時間。此外，我們也沒有理由認為我們會在第一次觀測中就找到生命。在找到合適的行星之前，我們可能會花費許多小時在令人失望的行星上——但我們仍然可以懷抱夢想。

此外，尋找生命並非探索這些行星大氣層的唯一原因。作者指出，我們甚至無法完全確定比鄰星b是否是一顆岩石行星——它可能是一顆次海王星，即氣態巨行星的較小版本。他們計算，ELT可能只需約一小時便能回答比鄰星b是否為類地行星或次海王星，而對於其他目前有疑問的行星，時間也不會長太多。

在極短的時間內，我們對附近世界的瞭解可能會大幅擴充套件，這些地方將是人類若有一天踏上星際旅程時的首選登陸地點。

這項分析主要針對M型（紅矮星）恆星。雖然這些恆星佔據了附近恆星的大部分，但它們是否適合生命存在仍存在疑問。作者並未考慮研究G型恆星（如天倉五）或K型恆星（如波江座ε）周圍行星所需的時間。這些恆星距離我們不到比鄰星的三倍，但它們的光線更亮，因此更難在它們的強光中發現行星的反射光。

這項研究已提交至《行星科學期刊》，並在arXiv.org上提供預印本。