系外行星生物标志物：观测前景

系外行星搜寻工作揭示了具有多样性质的奇异世界的普遍存在，包括地球大小的天体，这推动了我们寻找太阳系外生命的努力。在对不可居住行星进行天体物理、化学和气候学表征方面积累的经验，正为潜在宜居行星的表征铺平道路。在本文中，我们回顾了利用 2030 年代及以后未来的观测能力来表征温带类地行星的可能性和局限性，以此作为如何利用系外行星推进“天体生物学”广泛讨论的基础。我们不仅讨论了所提出的生物标志物候选体本身的可观测性，还讨论了提供间接证据的更一般的行星性质，因为对任何生物标志物候选体的评估都依赖于其背景。未来几年对温带地球大小行星的表征将集中在那些围绕邻近晚型恒星的行星上。JWST 以及后来的 30 米级地面望远镜将赋能其化学研究。对围绕太阳型恒星的潜在宜居行星进行光谱研究，很可能需要一项专门的直接成像航天器任务，利用已在 WFIRST 任务中开发和测试的技术。对少数邻近目标的成功初步表征将是迈向 2030 年以后所设想的更详细审查和更大规模巡天的重要试金石。本文呈现的广阔前景可能有助于开发新的观测技术以探测相关特征，以及建立基于可观测量诊断行星的框架。