科学家预计，几乎星系中的每颗恒星周围都可能有行星环绕。在太阳系之外的行星被称为“系外行星”。系外行星的发现速度非常迅速，自1992年第一次发现以来，我们已经确认找到了超过3700颗的系外星系。接下来我们想要知道的是：在这些行星中，是否存在着可以孕育出生命的星球？如果有的话，当我们在别的星球看见生命时，能否将它们识别出来？目前已确认的3700个系外行星，被按照温度和质量分为18种类别。
每种类别中的系外行星数量显示在每一格的中心，左下角显示的为百分比。图中还显示了恒星系统的数量（右上角）。为了回答这些问题，NASA于三年前成立了NExSS这样的一个专门用于研究系外行星系统科学的国际科学家网络。NExSS集结了各个学科领域的顶级研究人员，目的是为了更好的理解该如何描绘以及寻找系外行星上的生命迹象——也就是所谓的生物特征。
生物特征可以被定义为任何为生命存在提供证据的现象、物质或物质组。这些生物特征包括影响地球大气化学成分的气体，以及由于生物体在海洋和陆地上的居住而导致的星球表面特征的改变。不久前，NExSS的科学家们在《天体生物学》上发表了五篇全面的综述论文，对最有可能的生命特征进行了盘点。论文提出了在搜寻系外生命过程中存在的几个问题，并提出了相应的解决方案。
其中的一个主要问题是，科学家需要知道如何区分那些真正有生命的世界，以及那些“伪装”成有生命的贫瘠星球。发表于《天体生物学》的一系列论文是由一批天体生物学、行星科学、地球科学、太阳物理学、天体物理学、化学和生物学领域的顶级研究人员在近两年的研究成果。由于我们目前无法前往这些系外行星，因此必须依靠望远镜来搜索这些生命迹象。而这种级别的观测需要将我们将望远镜技术推向极限。
万众瞩目的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）虽然一再被推迟发射，但一旦投入运行，将可以探索一些小型岩石行星的大气层。其他的一些天文台，例如位于智利的巨型麦哲伦望远镜（GMT）和极大望远镜（ELT），正计划装备一系列精密的仪器，以能够探测到遥远世界的第一批生物印记。这些新的技术不仅可以改善对遥远星球的大小和轨道的评估，还可以更深入地分析它们的大气与表面的属性。
通过观察到的这些数据，科学家或许便可以确定在这些行星上是否有潜在的生命。生命可以在大气层和行星表面留下“指纹”。这些潜在的生命迹象，或者说生物特征，可以被望远镜检测到。在新发表的论文中，科学家表示他们将计划搜寻的信号类型主要有两类：一类是生物可以产生的气体，例如植物和微生物可通过光合作用产生的氧气。另一种是对由生物体所反射回的光线进行收集，例如颜色（如叶子的绿色）、或为海洋中的藻类提供颜色的色素。
我们从地球上就可以观察到遥远世界中的这类生物特征，但这些生物特征对于一些新的系外行星将可能非常不同。例如，许多已经发现的有潜力存在生命的行星，围绕着的都是比较冷的恒星，这些恒星释放的光处于光谱中的红外波段，而不是像太阳那样释放出大量的可见光。因此面对“一个有生命的星球将是什么样子”的问题，我们必须接受更多的可能性。在一个星系中，存在着如此众多且多样化的星球，因此生命完全可能出现在非常不同的环境中。
例如，我们可能会找到紫色的生命，而不是我们熟悉的那些在地球上由绿色主导的生命形式。因此对科学家来说，将广泛的生物特征纳入考量是非常有必要的。科学家断言，氧气作为在地球上由光合生物产生的气体，也仍可能是其他星球最有前景的生物特征，但这也并不绝对。行星上的一些非生物过程也同样可能产生氧气。
并且，就算某颗行星看起来缺乏可探测水平的氧气，但它仍然有可能存在生命——这正是发生在地球大气聚集氧气之前的情况：在生命已经非常丰富的早期地球上，我们并无法寻得氧气的踪迹。因此这个故事告诉我们的是，看到或看不到某种单一的生物特征并不能证明或否定生命的存在，我们更应关注的是整体环境。非生物过程可以“欺骗”我们，让我们将一个贫瘠的星球误认为有生物存在。
与其测量某种单一的生物特征，我们更应该考虑一系列能构建生命的生物特征。NExSS的科学家认为，与其检测某一种单一的生命特征，我们应该研究的是一整套特征。行星必须通过它自身的特征及其所环绕的母星特征，以展示它能够支持生命的存在。NExSS科学家将根据所有现有的证据，创建一个可以量化行星生命可能性的框架。通过对越来越多的行星进行观察，科学家或许能开始更广泛地对“生命世界”与“非生命世界”进行分类。
他们首先量化的是在其他星球上出现生命的几率以及其生物特征的清晰度，这是一项非常重大且艰巨的挑战。相对而言，天文学家从系外行星上收集的数据将比较稀少；他们无法从这些行星中获取大量样本，而只能从反射回的光线中获得一些数据。通过望远镜收集到的光数据，他们可以对生命在这些大气气体和地表留下的“指纹”进行分析，并尽可能地辨别出系外行星。这包括对地球大气成分和气候以及海洋和大陆存在的推断。
通过系统地结合这些信息并发展新的模型，科学家将能够分析来自这些行星的数据是否能以生命存在来作为最佳解释。基于这些模型，他们将设立生物是否存在于那个世界的可信度。所有的这些新工作都需要以综合方式来对行星进行考量，其中包括多个学科领域和多种观点。由于我们从行星上收集的数据将非常有限，因此科学家将需要根据所有可用证据对系外行星生命的可能性进行量化，并有必要进行后续观测以予以确认。
对于我们是否能在其他星球找到生命？目前我们并不能给出一个确切地“是”或“否”的答案。然而，现在我们所做的一切，或许终将能够帮助我们解答一个深刻的问题：在这浩瀚的宇宙中，我们是孤独的吗？