即使天文学家正努力实现期待已久的里程碑式发现：一颗类地行星围绕另一颗恒星运行，研究人员已经在考虑探测这种行星上存在外星生命需要什么条件。
首先，坏消息是：目前没有任何望远镜拥有足够强大的观测能力，可以挑选出能够表明系外行星适宜居住甚至已被居住的分子信号。好的一方面是，目前正在计划或已经开始建造的观测站或许有机会。但这绝非板上钉钉的事。
根据最近发表在《天体物理学杂志》和即将发表在《天文学与天体物理学》杂志上的研究，下一代巨型地面望远镜，统称为极大望远镜 (ELTs)，或许能够从穿过系外行星大气层的星光中提取出生物标记信号。两组科学家计算了欧洲极大望远镜 (E-ELT) 可能探测到的生物标记。E-ELT 是一个计划中的天文台，其 39 米主镜将使目前处于天文学前沿的 10 米双子星凯克望远镜相形见绌。（凯克望远镜目前可以放心：E-ELT 最早也要到 2020 年代才会投入使用。）结果令人谨慎乐观：假设类地行星相对普遍，E-ELT 或类似的观测站或许能够识别出几种对生命重要甚至可以指示生命的分子。
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在地球上，生物通过多种方式在环境中留下许多化学印记，例如，植物和细菌产生氧气、消化过程中释放甲烷，以及全球碳循环中二氧化碳的产生和消耗。测量系外行星大气层中的这些化学物质——特别是那些表明化学循环处于非静态平衡状态的测量结果——可以为该世界存在生命提供强有力的迹象。“通过识别行星大气层中的某些分子，你可以初步证明那里存在生命，”荷兰莱顿大学的天文学家伊格纳斯·斯内伦说。
然而，仅仅发现系外行星就足够困难了。从如此遥远的地方的行星大气光谱中提取出细微的化学信号是一项巨大的挑战。尽管如此，使用世界上最好的望远镜的天文学家已经识别出在巨大、高辐射系外行星的大气层中存在的特定原子和分子。要对较冷的轨道上较小的行星（光子相对稀少的物体）进行同样的操作，将需要更大的望远镜和多年的观测。
根据《天体物理学杂志》的研究，借助高分辨率摄谱仪将系外行星收集到的光分解成其组成波长，E-ELT 原则上可以发现温带类地系外行星大气层中的氧气。在地球上，氧气主要来自光合作用。“如果没有生命，如果没有生物活动，就不会有氧气，”领导这项研究的斯内伦说。因此，系外行星大气层中存在氧气将表明一个熟悉的生物过程正在异世界中发挥作用。“在未来十年内可用的下一类望远镜，将非常困难，”他说。“这将是可能的，但非常困难。”
但作者指出，如果有关行星围绕红矮星而非更大的类太阳恒星运行，那么氧气的探测将更容易。原因是：较小、较暗的恒星温度较低，这意味着具有液态水的适居行星可以存在于更靠近恒星的位置。较小的轨道意味着行星更快地完成围绕恒星的运行，并且更频繁地向地球望远镜显现。因此，天文学家可以每年多次检查一颗行星，并且根据斯内伦及其同事的计算，可以在大约十年内为氧气的存在建立可靠的证据。
第二项研究得出了稍微乐观的结论，无论是字面意义上还是比喻意义上。低分辨率光谱分析虽然不那么确凿，但或许可以使天文学家探测围绕更明亮、更像太阳的恒星运行的类地行星中与生物相关的分子。研究人员发现，E-ELT 可以识别出水，人们认为水对生命很重要但不足够，还可以识别出臭氧 (O3)，一种与氧气 (O2) 密切相关的分子。“当我们确定存在臭氧时，我们就可以非常确定大气中存在氧气，”德国航空航天中心和法国波尔多天体物理实验室的天体物理学家帕斯卡·赫德尔特解释说，他是《天文学与天体物理学》研究的主要作者。在赫德尔特小组探索的某些情景中，甲烷也可能被检测到。
低分辨率搜索技术将使用覆盖一系列波长的滤光片，而不是精确定位窄光谱线来识别行星大气层的分子成分。优点是提高了行星信号的信噪比。但在某些情况下，单个滤光片可能包含多个感兴趣的分子特征——例如，一个选出 2.7 微米左右波长的滤光片将拾取水蒸气和二氧化碳的吸收特征，但无法区分两者。
这就是 NASA 计划中的詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 的用武之地。韦伯号计划在五年左右发射，其孔径比 ELT 小得多。但是，该望远镜将位于深空，不必与地球大气层的混淆信号作斗争。“ELT 的问题在于它位于地球上，”赫德尔特说。“太空中的 ELT 将是棒极了。” 失败的情况下，较小的 JWST 仍然可以补充地面上的巨型望远镜：如果韦伯可以通过在其他波长上进行观测来排除系外行星大气层中二氧化碳的存在，则 E-ELT 可以用其宽带滤光片确认水的存在。
鉴于 E-ELT 或其他拟议的 ELT（例如巨型麦哲伦望远镜或三十米望远镜）尚未建成，并且 JWST 尚未发射，所有计算仍然有点理论性。但斯内伦指出，他的团队提出的方法已经证明在使用较小的望远镜瞄准较大的行星时是可行的。
此外，化学与生命之间的联系并不总是直接的，对氧气、甲烷或某些其他与生物相关的分子的检测需要仔细的解释。金星有一个臭氧层，而根据行星科学界存在争议的研究，火星偶尔会释放甲烷羽流。但没有确凿的证据表明这两个行星都存在微生物。“原则上仅仅发现氧气是不够的，”斯内伦在谈到未来的系外行星研究时警告说。“你真的需要将整个大气层作为一个整体来描述。”