可以毫不夸张地说，近几十年来对太阳系外行星的研究有了突飞猛进的发展。迄今为止， 已经在3247个系统中确认了4375颗系外行星，另有5856名候选者正在等待确认。
近年来，系外行星研究已开始从发现过程过渡到表征之一。
下一代望远镜投入使用后，有望加快这一过程。
结果，天体生物学家正在努力创建潜在“生物特征”的综合清单，这些清单是指与生命相关的化合物和过程（氧气，二氧化碳，水等）。
但是，根据麻省理工学院 （MIT）小组的最新研究， 我们应该寻找的另一种潜在生物特征是称为异戊二烯 （C5H8）的碳氢化合物 。
这项研究描述了他们的发现，“异戊二烯作为具有缺氧气氛的系外行星中可能的生物特征气体的评估”，最近在 上发表，并已被《天体生物学》杂志接受发表 。
为了他们的研究，麻省理工学院的团队研究了越来越多的可能的生物特征清单，在未来几年中，天 学家将继续关注这些生物特征。
迄今为止，绝大多数的系外行星已经通过间接方法被发现和确认。
在大多数情况下，天 学家 单独或结合使用 过境法 （Transit Photometry）和 径向速度法（Doppler Spectroscopy）。使用直接成像技术只能检测到少数几个 ，这使得很难表征系外行星的大气和表面。
只有在极少数情况下，天 学家才能获得光谱，以使他们能够确定该行星大气的化学成分。这既可能是光穿过系外行星大气层时在其恒星前方通过的结果，也可能是发生了直接成像并可以研究系外行星大气层反射的光的少数情况的结果。
这在很大程度上与我们目前的望远镜的局限性有关，后者的望远镜没有必要的分辨率来观察较小的岩石行星，它们的轨道更接近恒星。
天 学家和天体生物学家认为，这些行星最有可能适合居住，但是从其表面和大气层反射的任何光都被来自恒星的光所压倒。
但是，随着詹姆斯·韦伯 （James Webb）太空望远镜（JWST）等下一代仪器进入太空，这种情况将很快改变 。 麻省理工学院1941年级物理学和行星科学教授萨拉·西格（Sara Seager）领导研究小组（又名西格小组），并且是该论 的合著者。
正如她通过电子邮件告诉《今日宇宙》所说：“随着2021年10月詹姆斯·韦伯太空望远镜的发射，我们将拥有搜索生物特征气体的第一手能力，但是这将非常困难，因为小岩石行星的大气信号非常微弱，难以探测到。首先，随着JWST的到来，在该领域工作的人数大大增加。诸如此类的研究提出了新的潜在生物特征气体，而其他研究甚至显示了对于诸如氧气等气体的潜在假阳性。”
一旦部署并投入使用，JWST将能够在更长的波长（近红外和中红外 范围）内观察到我们的宇宙， 并大大提高了灵敏度。
望远镜还将依靠一系列的光谱仪获得成分数据，并利用日冕仪来遮挡母星的暗光。这项技术将使天 学家能够表征较小的岩石行星的大气层。
反过来，这些数据将使科学家对系外行星的可居住性施加更严格的限制，甚至可能导致对已知（和/或潜在）生物特征的检测。
如上所述，这些“生物签名”包括与生命和生物过程相关的化学指示，更不用说对它有利的条件类型了。
其中包括氧气（O2），它是地球上大多数生命所必需的，并且是由光合生物（植物，树木，蓝细菌等）产生的。这些相同的生物体会代谢二氧化碳（CO2），而这种物质会通过氧气代谢生活而将其作为废品散发出去。还有水（H2O）和甲烷（CH4），水对我们的生活至关重要，甲烷是由有机物质腐烂而产生的，这是我们所知道的。
由于人们认为火山活动在行星的宜居性中起着重要作用，因此与火山活动有关的化学副产物-硫化氢（H2S），二氧化硫（SO2），一氧化碳（CO）， 氢气 （H2）等也都存在。被认为是生物签名。
Zhan，Seager及其同事希望在此列表中添加另一种可能的生物签名-异戊二烯。
“我们在麻省理工学院的研究小组致力于采用整体方法来探索所有可能的气体，作为潜在的生物特征气体。我们先前的工作导致创建了所有小分子数据库。我们继续过滤ASM数据库使用机器学习和数据驱动方法来识别最合理的生物特征气体候选物，其中之一是异戊二烯。”
像它的表亲甲烷一样，异戊二烯是一种有机烃分子，是地球上各种物种作为次生代谢产物产生的。除了落叶乔木，异戊二烯还由多种进化距离遥远的生物（例如细菌，植物和动物）产生。
正如Seager解释的那样，这使其有望成为潜在的生物签名。“异戊二烯是有希望的，因为它是地球上生命所产生的高质量物质，与甲烷的产生量一样！此外，彼此进化距离遥远的各种各样的生命形式（从细菌到动植物）都产生异戊二烯。 ，表明这可能是其他地方的生活也可能构成的某种关键构建块。”
虽然异戊二烯与地球上的甲烷一样丰富，但异戊二烯会与氧气和含氧自由基相互作用而被破坏。因此，Zhang，Seager及其团队选择专注于缺氧气氛。这些环境主要由H2，CO2和氮气（N2）组成，类似于地球的原始大气所组成的环境。
根据他们的发现，一个原始星球（生命开始出现的地方）的大气层中将富含异戊二烯。
在4到25亿年前的地球上就是这种情况，当时唯一的生物是单细胞生物，而光合作用的蓝细菌正在缓慢地将地球的大气层转变成富含氧气的大气层。
到25亿年前，这达到了“大氧化事件”（GOE）的高潮，该事件被证明对许多生物（以及异戊二烯等代谢物）有毒。
也正是在这段时间里，复杂的生命形式（真核生物和多细胞生物）开始出现。在这方面，异戊二烯可用于表征处于重大进化转变之中的行星，并为未来的动物门奠定基础。
但是正如Zhang所言，即使对于JWST来说，消除这种潜在的生物签名也将是一个挑战。
“以异戊二烯为生物标志物的警告是：1.检测[和]需要地球异戊二烯生产率的10x-100x。2.甲烷或其他碳氢化合物的存在会阻碍近红外异戊二烯的光谱特征。独特的用JWST进行异戊二烯的检测将具有挑战性，因为许多碳氢化合物分子在近红外波长中具有相似的光谱特征。但是，关注中红外波长的未来望远镜将能够独特地检测异戊二烯的光谱特征。”
除JWST外， 南希·格雷斯·罗马太空望远镜 （哈勃任务的继任者）也将在2025年之前进入太空。该天 台将具备“一百个哈勃”的能力，其 最新升级的红外滤镜 将使其能够通过与JWST和其他“大天 台”的合作，可以单独描述系外行星的特征。
目前，地球上还建造了数种地面望远镜，它们将依赖于复杂的光谱仪，日冕仪和自适应光学（AOs）。这些望远镜包括 超大型望远镜 （ELT）， 巨型麦哲伦望远镜 （GMT）， 三十米望远镜 （TMT）这些望远镜也将能够进行系外行星的直接成像研究，并且预期该结果将是开创性的。
在改进的仪器，快速改进的数据分析和技术以及我们的方法论的改进之间，系外行星的研究仅有望进一步加速。
除了有成千上万的可供研究的资源（其中许多将是岩石和类似地球的东西）之外，我们对它们的空前看法将使我们看到那里有多少个可居住的世界。
这是否会导致我们一生中发现地外生命还有待观察。
但是有一件事很清楚。在未来的几年中，当天 学家开始梳理他们将在系外行星大气层中拥有的所有新数据时，他们将获得一份完整的生物签名清单来指导他们。
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