麻省理工学院(MIT)、伯明翰大学(University of Birmingham)和其他地方的科学家表示，天文学家在其他行星上寻找液态水甚至生命的最佳机会，是寻找它们大气中是否存在某种化学特征，而不是是否存在。

　　研究人员提出，如果一颗类地行星大气中的二氧化碳含量比同一系统中的其他行星少得多，那么这可能是该行星表面存在液态水——甚至可能存在生命的迹象。

　　更重要的是，这个新的特征在美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)的视线范围内。虽然科学家们提出了其他宜居性的迹象，但用目前的技术来测量这些特征即使不是不可能，也是具有挑战性的。研究小组表示，这种二氧化碳相对减少的新特征是目前可探测到的唯一可居住的迹象。

　　麻省理工学院行星科学助理教授朱利安·德·威特说:“系外行星科学的圣杯是寻找可居住的世界和生命的存在，但迄今为止所讨论的所有特征都超出了最新的天文台的范围。”“现在我们有办法发现另一个星球上是否有液态水。这是我们在未来几年可以实现的。”

　　该团队的发现将发表在《自然天文学》上。德威特与英国伯明翰大学的阿默里·特里奥共同领导了这项研究。他们在麻省理工学院的合著者包括本杰明·拉克姆、普拉杰瓦尔·尼拉拉、安娜·格利登·奥利弗·贾格茨、马特·佩涅、贾努什·佩特科夫斯基和萨拉·西格尔，以及伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)的弗里德·克莱因、法国ècole理工学院的马丁·特贝特和波尔多天体物理学实验室的弗兰克·塞尔西斯。

　　到目前为止，天文学家已经在太阳系外发现了5200多个世界。利用目前的望远镜，天文学家可以直接测量行星与恒星的距离，以及它完成轨道运行所需的时间。这些测量可以帮助科学家推断一颗行星是否在宜居带内。但没有办法直接确认一颗行星是否确实适合居住，这意味着它的表面存在液态水。

　　在我们自己的太阳系中，科学家们可以通过观察“闪烁”来探测到液态海洋的存在，“闪烁”是太阳光在液体表面反射的闪光。例如，在土星最大的卫星土卫六(Titan)上观察到这些闪光或镜面反射，这有助于确认土卫六上存在大型湖泊。

　　然而，在遥远的行星上探测到类似的微光，以目前的技术是无法实现的。但德威特和他的同事们意识到，在地球附近还有另一个可居住的特征，可以在遥远的星球上探测到。

　　特里奥德说:“通过观察太阳系中类地行星的情况，我们有了一个想法。”

　　金星、地球和火星有相似之处，因为这三个星球都是岩石，相对于太阳来说，它们都生活在一个相对温和的地区。地球是三颗行星中目前唯一拥有液态水的行星。研究小组还注意到另一个明显的区别:地球大气中的二氧化碳含量明显减少。

　　特里奥说:“我们假设这些行星是以类似的方式形成的，如果我们现在看到一颗碳含量少得多的行星，它一定去了某个地方。”“唯一可以从大气中去除这么多碳的过程是一个强大的水循环，包括液态水的海洋。”

　　事实上，地球上的海洋在吸收二氧化碳方面发挥了重要而持久的作用。在数亿年的时间里，海洋吸收了大量的二氧化碳，几乎相当于今天金星大气中持续存在的二氧化碳量。与其他行星相比，这种行星尺度的效应使地球大气中的二氧化碳显著减少。

　　“在地球上，在地质时间尺度上，大气中的大部分二氧化碳被隔离在海水和固体岩石中，这有助于调节数十亿年来的气候和宜居性，”研究合著者弗里德·克莱因说。

　　研究小组推断，如果在一颗遥远的行星上检测到类似的二氧化碳消耗，相对于它的邻居，这将是一个可靠的信号，表明它的表面存在液态海洋和生命。

　　德威特说:“在广泛查阅了从生物学到化学，甚至是气候变化背景下的碳封存等许多领域的文献后，我们相信，如果我们探测到碳消耗，它很有可能是液态水和/或生命存在的强烈迹象。”

　　在他们的研究中，研究小组制定了一项通过寻找耗尽二氧化碳的特征来探测可居住行星的策略。这样的搜索最适合“豆荚里的豌豆”系统，在这种系统中，多个大小相同的类地行星彼此相对靠近，类似于我们的太阳系。该团队提出的第一步是通过简单地寻找二氧化碳的存在来确认行星是否有大气层，预计二氧化碳将主导大多数行星的大气层。

　　“二氧化碳是一种非常强的红外线吸收剂，可以很容易地在系外行星的大气中检测到，”德威特解释说。“二氧化碳的信号可以揭示系外行星大气的存在。”

　　一旦天文学家确定一个系统中有多颗行星拥有大气层，他们就可以继续测量它们的二氧化碳含量，看看其中一颗行星的二氧化碳含量是否明显低于其他行星。如果是这样，这颗行星可能适合居住，这意味着它的表面有大量的液态水。

　　但宜居条件并不一定意味着一颗行星是有人居住的。为了确定生命是否真的存在，研究小组建议天文学家寻找行星大气中的另一个特征:臭氧。

　　研究人员指出，在地球上，植物和一些微生物有助于吸收二氧化碳，尽管不如海洋那么多。然而，作为这一过程的一部分，生命形式释放氧气，氧气与太阳的光子发生反应，转化为臭氧——一种比氧气本身更容易探测的分子。

　　研究人员表示，如果一颗行星的大气显示出臭氧和耗尽二氧化碳的迹象，那么它可能是一个适合居住的世界。

　　“如果我们看到臭氧，那么它很有可能与生命消耗的二氧化碳有关，”特里奥说。“如果这是生活，那是光荣的生活。这将不仅仅是一些细菌。这将是一个行星规模的生物质，能够处理大量的碳，并与之相互作用。”

　　研究小组估计，美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜将能够测量附近多行星系统中的二氧化碳，可能还有臭氧，比如trappist -1——一个围绕一颗明亮恒星运行的七行星系统，距离地球仅40光年。

　　德威特说:“TRAPPIST-1是我们可以用JWST进行陆地大气研究的少数几个系统之一。”“现在我们有了寻找宜居行星的路线图。如果我们大家共同努力，在未来几年内就会有颠覆性的发现。”