一张艺术家对 LIFE 任务的四架太空望远镜将光线反射到组合器航天器的印象图。（图片来源：苏黎世联邦理工学院/LIFE 计划）一个新的任务概念是，一支望远镜舰队探测其恒星宜居带中的岩石行星，应该能够告诉我们生命在宇宙中有多普遍——即使该任务根本没有发现任何生命。
瑞士苏黎世联邦理工学院的天文学家丹尼尔·安格豪森在一份声明中说：“一个简单的阳性检测将改变一切。”“但即使我们没有检测到生命，我们也会量化具有可检测生物特征的行星可能有多稀有或多普遍。”
系外行星大型干涉仪 LIFE 是一项雄心勃勃的新任务的提案，旨在揭示有多少类地行星居住着某种形式的生命。这是计划。
由苏黎世联邦理工学院的天文学家领导，该任务概念提出四架太空望远镜围绕一个中央“组合器”航天器编队飞行。这个想法是，这四架太空望远镜将相距数十至数百米飞行，并共同充当干涉仪，这意味着它们将通过向中央组合器航天器馈送信号来组合它们的光检测。此外，为了阻挡恒星的眩光，以便 LIFE 可以探测到轨道系外行星，这些望远镜将采用一种称为“零位干涉测量法”的技术，其中恒星的光“异相”组合。这将允许所谓的“相消干涉”来抵消该光，仅留下轨道行星发出的光。
LIFE 将无法直接成像系外行星，但通过在中红外观察，它将能够光谱学地测量它们的光并揭示它们大气层中存在哪些分子（如果它们有大气层）。
LIFE 将瞄准其恒星宜居带中的数十颗地球大小的行星，希望能找到生物特征，这些生物特征是由生命产生或保持平衡的大气气体。氧气和水蒸气是最明显的此类生物特征，但其他生物特征包括臭氧、甲烷、一氧化二氮、二甲硫醚和磷化氢等等。
然而，目前，LIFE 只是一个概念。尚未被航天机构采纳。
尽管如此，安格豪森和他在苏黎世联邦理工学院的同事想知道，即使 LIFE 未能找到生物特征，它能告诉我们多少信息。阴性或无效结果将暗示银河系中有人居住的行星的频率是多少？为此，他们转向了统计学。
因此，在我们继续之前，我们还需要深入研究统计学的世界，以了解他们的结论。
该团队采用了一种贝叶斯统计模型来找到 LIFE 需要观察的最小系外行星数量，以得出关于有人居住的世界有多普遍的明确答案。贝叶斯统计学与根据我们已经知道的其他概率（这些概率被描述为“先验”）找到结果的概率有关。贝叶斯统计学描述了我们对事件将基于我们对特定情况的了解而发生的置信度或信念水平。
举一个普通的例子，假设你听到一声巨响。是雷声吗？也许是烟花？贝叶斯统计学允许你根据先验的概率推断出答案，例如知道烟花通常在一年中的某些时候燃放（如除夕、美国 7 月 4 日和英国的篝火之夜）或是否天气预报为暴风雨。基于这些先验，贝叶斯统计学允许你量化你对它是雷声还是烟花的信念。
与贝叶斯统计学相比，另一种看待概率的方式是“频率论统计学”。顾名思义，这描述了基于该事件在多次试验后发生的频率的结果的概率。
与贝叶斯统计学不同，频率论统计学不关心先验。当掷硬币时，频率论统计学不担心前四次投掷是否都正面朝上。假设一枚公正的硬币，它正面或反面朝上的几率始终为 50%，并且在足够多的试验中，这种 50% 的概率将在数据中很容易地显现出来。
因此，回到问题：LIFE 可以观察多少颗行星而没有发现任何生物特征，然后天文学家才能开始得出关于银河系中生命普遍性的结论？通过使用贝叶斯统计学，安格豪森的团队发现，只需要观察 40 到 80 颗没有可检测到的生物特征的系外行星，就可以有信心地得出结论，宇宙中只有不到 10% 到 20% 的类似行星有生命。调查这么多系外行星完全在 LIFE 的计划能力之内。
如果 LIFE 在其行星样本中没有检测到生物特征，它不能得出结论说任何地方都没有生命，但它可以对银河系中有多少行星有生命设置一个最大限制。而且，随着样本量的增加，如果继续没有检测到，那么该最大数量将进一步减少。换句话说，LIFE 可以告诉我们有人居住的行星是否稀有。
但是，会有不确定性。也许会错过生物特征——毕竟，有些气体不容易检测到。或者，当实际上它们不符合被认为潜在宜居行星的要求时，可能会错误地将某些行星包含在潜在宜居行星的样本中。同样，这可能是因为观察很困难。
安格豪森说：“这不仅仅是我们观察了多少颗行星，而是关于提出正确的问题以及我们对看到或看不到我们正在寻找的东西有多自信。”“如果我们不小心并且对我们识别生命的能力过于自信，即使是一项大型调查也可能导致误导性的结果。”
为了检验他们的结论，安格豪森和他的同事还将频率论统计学应用于该问题。他们发现结果相似。
苏黎世联邦理工学院的博士生艾米丽·加文说：“一项调查的科学目标的细微变化可能需要不同的统计方法来提供可靠和精确的答案。”“我们想展示不同的方法如何提供对同一数据集的补充理解，并以这种方式为采用不同的框架提供路线图。”
如果 LIFE 任务或类似的任务能够进行，那么运气好的话，它会找到一颗或多颗具有某种生命的行星。但即使没有，结果仍然可能是深刻的，并使我们朝着理解我们在宇宙中的位置迈出巨大一步。
