图注：尽管我们与外星文明接触的梦想传统上植根于直接访问或接收整个星系传输的智能信号，但这些需要漫长地等待。但是真正的技术能使我们较快地找到生命丰富外星世界，这比我们根据玩这个“宇宙彩票”所预料的要快得多。当人们仰望天空中的星星时，就有两个问题浮现在我们脑海中：这些星星世界上有外星生命吗？我们会实现到其中一个星球旅行的梦想吗？尽管这两项任务似乎都面临着巨大的技术挑战，但最近的科学进展表明，人类不仅有能力克服这些挑战，而且我们甚至可能在本世纪晚些时候这样做。
虽然比光速更快的旅行和外星人的造访——无论是善意的还是恶意的——是我们科幻小说的主要内容，但我们现实生活中的科学进步可能比人类想象中的任何虚构故事都更深刻，这似乎是合理的。在这两个领域的边缘，人类可能正在实现一个与人类本身一样古老的梦想。
图注：一张显示旅行者号飞船、太阳系和最近的恒星的对数距离图，以作比较。如果我们希望穿越遥远的星际距离，那就需要一种比化学火箭更先进的技术。星际旅行的想法最大的问题是距离。距离最近的恒星的距离是以光年为单位测量的，近邻比邻星是离我们4.24光年远的最近的邻居，其中一光年大约是9兆公里：大约是地球太阳距离的60000倍。以人类最快的太空探测器的速度，如已经离开了太阳系的旅行者1号和2号飞船，到底距离最近的恒星时间大约需要80000年。
但所有这些都是基于目前的技术，即使用化学基火箭燃料进行推进。火箭燃料最大的缺点是效率低下：根据爱因斯坦的E=mc^2计算，一公斤燃料只能产生毫克的能量。必须把燃料带上飞行器，并要求你用这些能量来加速你的有效载荷和剩余的燃料，这就是我们现在的弱点。
图注：旅行者1号的位置和轨迹以及行星的位置，摄于1990年2月14日。请注意，只有旅行者1号在太阳系平面之外的位置，才使我们获得了独特的视角，而且旅行者号仍然是人类有史以来发射的最远的物体。但有两种独立的可能性，不需要我们去梦想像曲速那样依赖新物理学的技术。相反，我们可以选择使用更高效的燃料为我们的旅程提供动力，这可以极大地增加我们的航程和速度，或者我们可以探索提供推力的来源独立于将要加速的有效载荷的技术。
在效率方面，有三种技术可以大大优于化学火箭燃料：
核裂变，核聚变，以及物质反物质推进。虽然化学燃料只将质量的0.0001%转化为可用于推力的能量，但所有这些想法都要高效得多。
图注：所有设想中的火箭都需要某种燃料。无论是等离子发动机、物质/反物质发动机、核动力还是常规动力，火箭的工作原理都是相同的，但效率会有很大的变化。裂变将约0.1%的裂变物质转化为能量；约1千克可裂变燃料通过E= mc^2产生约1克的能量。核聚变做得更好；例如，将氢熔化成氦的效率为0.7%：一公斤燃料可以产生7克的可用能量。但最有效的解决办法是物质反物质湮灭。
如果我们能制造并控制0.5公斤的反物质，我们就能用0.5公斤的正常物质随意湮灭它，产生100%有效的反应，产生足足1公斤的能量。可以想象，我们可以从同样数量的燃料中提取出数千倍甚至一百万倍的能量，这可以推动我们在几个世纪（裂变）甚至几十年（聚变或反物质）的时间尺度上到达恒星。
图注：该图对激光驱动帆的再现展示了如何通过连续反射高功率、高准直的激光，将大面积、轻型航天器加速到极高的速度。这可能是人类在不久的将来最有可能在星际距离发射宏观宇宙飞船的方式。另一方面，我们可以通过一条完全不同的路线来实现星际旅行：在太空中放置一个能够加速航天器的大动力源。激光技术的最新进展使许多人认为，在太空中一个巨大的、足够准直的激光阵列可以用来将航天器从近地轨道加速到极高的速度。一个高反射的激光帆，就像一个太阳帆，可以做到这一点。
如果建造一个足够大、足够强大的同相激光器阵列，可能达到千兆瓦的功率水平，它不仅可以给目标航天器提供动量，而且可以在很长一段时间内提供动量。根据Phil Lubin博士几年前所做的计算，有可能达到光速的20%。虽然我们还没有计划让这样一个航天器减速，但在人类的一生中到达最近的恒星是有可能的。
图注：激光帆的概念，对于一艘星际芯片式的星际飞船来说，确实有可能在人类的生命周期内将航天器加速到光速的20%左右并到达另一颗恒星。只要有足够的能量，我们甚至可以派出一个载人飞船来跨越星际距离。同样，寻找外星生命也不再局限于等待外星人来访，或者用无线电信号寻找宇宙中有智慧的外星人，尽管后者肯定仍然是SETI牵头的一个活跃的科学领域。尽管还没有发现任何信号，但这仍然是高风险、高回报科学的一个令人震惊的例子。如果有一个积极的发现，这将是一个文明转型事件。
然而，随着系外行星天文学的不断发展，已经被证明的两种技术可能给我们带来其他星球上生命的第一个特征：过境光谱和直接成像。这两种方法都涉及到利用来自行星本身的光，利用透射光谱技术利用穿过行星大气层的光，并利用直接从行星自身反射的阳光进行直接成像。
图注：当一颗行星在它的母恒星前面运行时，一些光不仅被阻挡，而且如果有大气层存在，就会通过它过滤，产生一个足够精密的天文台能够探测到的吸收或发射线。如果有有机分子或大量的分子氧，我们可能也能找到。在未来的某个时候。重要的是，我们不仅要考虑我们所知生命的特征，还要考虑我们在地球上找不到的可能生命的特征。凌日光谱学依赖于我们的天文台与目标系外行星及其母星的偶然性对准，但这些对准确实发生了。虽然一小部分恒星的光会被过境行星挡住，但一小部分恒星的光会通过行星的大气层传播，类似于在月全食期间通过地球大气层传播并照亮月球（红色）的太阳光。
如果我们的测量足够好，这使我们能够解码什么元素和分子存在于目标行星的大气中。如果我们能够发现生物特征，甚至是技术特征，它们可能是氧氮大气、复杂的生物分子，甚至是像氟氯烃（CFC）分子这样的分子，我们将立即得到一个强烈的暗示，一个充满诱惑力的生命世界将等待确认。
图注：左图为DSCOVR-EPIC相机拍摄的地球图像。对，同一张图像的分辨率降低到3×3像素，类似于研究人员在未来的系外行星观测中看到的情况。直接成像可以提供确切的确认。尽管我们对地球大小的系外行星的第一张图像可能不会给人留下深刻的视觉印象，但它将包含大量信息，可用于揭示生命迹象。即使行星本身只是探测器中的一个像素，我们不仅可以将它的光分解成单独的波长，还可以寻找可以揭示以下信息的时变特征：
云，大洲，海洋，四季中植物生命的绿化情况，冰盖，旋转速率，还有更多。如果在晚上有发光的信号，就像地球在晚上有我们的光照亮世界一样，我们甚至可以想象我们能探测到这些信号。如果在一个类似地球的星球上有一个文明存在，下一代的望远镜也许能找到它们。
图注：地球在夜间发出电磁信号，但需要一台分辨率令人难以置信的望远镜才能在光年之外形成这样的图像。人类已经成为地球上一个智能的、技术先进的物种，但是即使这个信号被抹去，它仍可能被下一代直接成像探测到。所有这些，加在一起，都指向了这样一幅画面：一艘宇宙飞船，甚至一次载人的恒星之旅，在技术上都在我们的掌握之中；可能在十年或二十年后，在太空的某个地方，我们发现了太阳系以外的第一个可能存在生命的世界。由于技术和科学的进步以及成千上万的科学家和工程师，致力于以实际的方式应用这些新技术，曾经只属于科幻小说领域的东西正在迅速成为可能。
