我们知道有成千上万的系外行星，还有数百万的系外行星等待被发现。但绝大多数系外行星根本不适合居住。对于少数可能适合居住的行星，我们只能通过检测它们的大气层来确定它们是否适合居住。LIFE：系外行星大型干涉仪，可以提供帮助。

当前，在可能适合居住的系外行星上寻找生物特征的工作正在升温。詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）已经成功地从系外行星的大气中收集了一些大气光谱，但它还有很多其他的工作要做，而且观测时间的需求很高。因此，一个名为“LIFE”的新的太空望远镜正在计划中，它致力于寻找系外行星的生物特征，最近，研究人员对其进行了测试：它能否检测到地球的生物特征？

作为一个干涉仪，LIFE由五个独立的望远镜组成，它们将协同工作以扩大望远镜的工作尺寸。LIFE是由瑞士苏黎世联邦理工学院开发的。LIFE将在中红外波段进行观测，在那里它可以找到重要的生物指示化学物质臭氧、甲烷和一氧化二氮的谱线。

LIFE将位于拉格朗日点2，大约150万公里（100万英里）外，JWST也位于那里。从这个位置，它将观察一系列系外行星目标，希望能找到生物特征。苏黎世联邦理工学院外行星和宜居性教授萨沙·匡兹（Sascha Quanz）解释道：“我们的目标是检测光谱中暗示系外行星上存在生命的化合物。”。他是LIFE计划的负责人。

目前，LIFE仍然只是一个概念，研究人员想要测试它的性能。由于它还没有建成，一组研究人员用地球大气层作为测试案例。他们将地球视为一颗系外行星，并在不同条件下对地球已知的大气光谱进行了LIFE方法的测试。他们使用了一种名为LIFEsim的工具来处理这些数据。研究人员通常使用模拟数据来测试任务能力，但在这种情况下，他们使用的是真实数据。

他们的研究结果发表在《天文学杂志》上。这项研究的标题是“系外行星大型干涉仪（LIFE）。XII.中红外Capstone生物信号的可检测性 —— 嗅探外行星笑气和甲基化卤素。”主要作者是丹尼尔·安格豪森（Daniel Angerhausen）博士，他是苏黎世联邦理工学院的天体物理学家和天体生物学家。

在现实世界中，地球只是一个遥远的、几乎无法识别的斑点。LIFE所能看到的只是行星的大气光谱，它会随着时间的推移而变化，这取决于望远镜捕捉到的图像，更关键的是，它观察了多长时间。

随着时间的推移，这些光谱将被收集起来，这就引出了一个重要的问题：观测几何和季节变化将如何影响LIFE的观测？

对研究小组来说幸运的是，我们有充足的地球观测资料供他们使用。研究人员使用了三种不同的观测几何图形：两种是从极地观察，一种是从赤道地区观察。从这三个角度出发，他们研究了1月和7月的大气数据，这说明了最大的季节变化。

尽管行星的大气层可能极其复杂，但天体生物学家专注于某些方面，以揭示一颗行星存在生命的潜力。特别令人感兴趣的是化学物质N20、CH3Cl和CH3Br（一氧化二氮、氯甲烷和溴甲烷），它们都可以通过生物途径产生。作者写道：“我们使用了一组来自化学动力学模型的情景，这些模型模拟了在富含O2的类地行星大气中不同水平的N2O、CH3Cl和CH3Br的生物生产的大气响应，为我们的LIFEsim观测模拟器软件生成了正向模型。”

特别是，研究人员想知道LIFE是否能够在大约30光年外探测到地球上的二氧化碳、水、臭氧和甲烷。这些都是一个温和、支持生命的世界的迹象，尤其是地球上生命产生的臭氧和甲烷，所以如果LIFE能够以这种方式检测地球上的生物化学，它也可以在其他世界上检测到。

事实上，LIFE能够探测到地球上的二氧化碳、水、臭氧和甲烷。它还探测到了一些表明存在液态水的表面条件。有趣的是，LIFE的结果并不取决于从哪个角度看地球。这一点很重要，因为我们不知道生命将从什么角度观察系外行星。

季节波动是另一个问题，而且它们不那么容易观察到。但幸运的是，这看起来不会成为限制因素。昆兹说：“即使不容易观察到大气的季节性，我们的研究也表明，下一代太空任务可以评估附近的温带系外行星是否宜居，甚至是否有人居住。”

然而，仅仅检测到所需的化学物质是不够的。关键是需要多长时间。建造一个空间干涉仪来探测这些化学物质，但需要花费太多时间，这是不现实的，也不有效。研究小组在他们的论文中写道：“我们利用这些结果得出了探测这些场景所需的观察时间，并将它们应用于确定任务的科学要求。”

为了更全面地了解LIFE的观测时间，研究人员制定了一份目标清单。他们创建了一个“地球半径在0.5到1.5地球半径之间的HZ行星围绕M型和FGK型恒星的距离分布，这些行星距离太阳20pC以内，是可以用LIFE探测到的。”这些目标的数据来自美国宇航局和其他先前的研究。

结果表明，对一些目标只需要几天的时间，而对其他目标，可能需要长达100天的时间来检测相关的丰度。

该团队所称的“黄金目标”是最容易观察到的。半人马座比邻星中的行星就是这类目标的一个例子。这些行星只需要几天的观测时间。研究人员写道，用LIFE进行大约10天的观测，可以观察到“某些标准的情况，比如5m恒星周围的温带类地行星”。最具挑战性的仍然可行的情况是距离地球5秒差距的系外行星。根据结果，LIFE需要大约50 - 100天的观察来检测生物特征。

在这一点上，LIFE仍然只是一个潜在的任务。这并不是第一个只关注系外行星可居住性的任务。2023年，美国宇航局提出了宜居世界天文台（HWO）。它的目标是直接拍摄至少25个可能适合居住的星球，然后在它们的大气中寻找生物特征。

但是，根据作者的说法，他们的结果表明，LIFE是最好的选择。

他们得出结论：“如果在太阳系附近存在晚期恒星系外行星系统，其行星表现出全球生物圈产生N2O和CH3X信号，那么LIFE将是未来系统搜索，并最终探测到它们的最适合的任务。”

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