Det kan vara så att liv lurar där ute på andra planeter. Men fast här på jorden, hur kan vi någonsin veta säkert? Ett bra ställe att börja är att leta efter föreningarna i andra världar som är kända för att vara nyckelingredienserna i livet som vi känner det.

Upptäcka dessa så kallade biosignaturer, föreningar som är kända för att produceras av levande organismer, skulle vara starka bevis på att världar kan innehålla liv. Men att plocka upp kemikalier från så avlägsna världar, och att välja rätt föreningar att leta efter, är komplicerat.

Professor Ignas Snellen vid Leiden University i Nederländerna har förfinat tekniker som kombinerar data från de största markbaserade teleskopen med högkontrastbilder som kan avslöja svaga föremål som planeter. Teleskopen använder högprecisionsspektroskopi för att undersöka de olika våglängderna för ljuset de upptäcker från rymden.

"Du vill filtrera bort det faktiska stjärnljuset så mycket som möjligt för att synliggöra all information du kan få från exoplaneten, " sa Prof. Snellen.

Genom att undersöka stjärnljuset som filtrerar genom en planets atmosfär och når oss på jorden, det är möjligt att härleda de typer av gaser som finns.

Även om teleskop ännu inte är tillräckligt stora för att undersöka spektra för planeter i jordstorlek, forskare finslipar sina metoder på större exoplaneter, så kallade heta Jupiters, som är alldeles för heta för att försörja livet som vi känner det. Dessa är gasjättens exoplaneter som kretsar mycket nära sin moderstjärna. Så nära, faktiskt, att de är tidvattenlåsta, som vår måne, med exoplaneten som bara roterar en gång för varje bana runt sin stjärna.

Med en sida av sådana planeter alltid i ljus och den andra alltid i mörker, den ljusa sidan blir så varm att atmosfären kan koka av, skapar en materiavind som flödar från planeten, lite som en komets svans.

I EXOPLANETBIO-projektet, Prof. Snellen och hans team använde högprecisionsspektroskopi för första gången för att bekräfta mängden helium i en het Jupiters atmosfär med hjälp av markbaserade teleskop, som kan avslöja hur långt den här processen har gått.

"Det var ett genombrott för dessa heta Jupiters, " sade han. "Dessa typer av exosfäriska svansar var kända, men de är väldigt svåra att observera eftersom det enda sättet att se dem var genom att detektera väte, som inte kan upptäckas genom jordens atmosfär, med hjälp av rymdteleskopet Hubble.

"Nu, med den starkare heliumlinjen kan vi göra detta mycket bra från marken med teleskop."

Att förstå om en het Jupiter kan blöda ut sin atmosfär, och hur lång tid det kan ta, kan förklara hur atmosfären hos alla exoplaneter förändras över tiden.

"Den här typen av atmosfäriska flyktprocesser är inte särskilt viktiga nu, men i det tidiga solsystemet var de, eftersom solen var mycket mer aktiv, " sa Prof. Snellen.

Exoplanet klimat

Genom att använda dessa nya tekniker, hans lag har också kunnat uppnå ytterligare ett första, upptäcka rotationshastigheten – hur snabbt en planet roterar – och exoplaneternas omloppshastighet.

"Snurrhastigheterna på heta Jupiters är i allmänhet ganska låga, eftersom de vanligtvis är tidvattenlåsta, " han sa.

Det kan avslöja något om klimatet och relaterat väder på exoplaneten.

"När en planet roterar snabbt, det får band som Jupiter. Jorden roterar långsammare och har några band, men det domineras fortfarande mest av lågtryckssystem. Nu, om du har en het Jupiter som roterar ännu långsammare, du skulle inte få någon bandad struktur. Du får väldigt olika vädersystem, " han sa.

Han har kunnat observera vindar högt upp i atmosfären på sådana planeter, som energi från det varmare, evigdagssidan vrids till den svalare nattsidan.

Prof. Snellen är övertygad om att en uppgradering av instrumentet CRIRES (CRyogenic high-resolution InfraRed Echelle Spectrograph), kommer att gå online nästa år på European Southern Observatorys (ESO) Very Large Telescope, kommer att låta dem hitta föreningar som metan på kallare planeter. Metan kan vara en komponent i livet om det finns på planeter i jordstorlek.

"Jag ser det här som en sorts lekplats. Vi lär oss metoderna nu som vi en dag kan tillämpa på jordliknande planeter. (ESO:s) Extremely Large Telescope ska vara klart 2026, och med det kan vi börja undersöka jordliknande planeter."

Tecken på liv

Men även om du har bra prover från rocky, Planeter i jordstorlek, hur vet man om en förening verkligen är ett tecken på liv?

"Geologi är väldigt bra på att producera saker som ser ut som liv, såsom metan. Det kan komma från kor eller det kan komma från stenar, sa professor Kevin Heng, professor vid universitetet i Bern i Schweiz.

"Om du tänker på biosignaturer, de måste uppfylla olika villkor. De måste inte efterliknas av geologi, de måste finnas i atmosfären under långa perioder, vilket betyder att de är mycket stabila eller fylls på på något sätt, och de måste kunna upptäckas."

Som en del av EXOKLEIN-projektet, Prof. Heng arbetar med att avgöra om sådana föreningar, som metylklorid och ammoniak, kan pågå tillräckligt länge i exoplanetära atmosfärer för att studera, genom att modellera små planeter runt dvärgstjärnor. Det är en speciell utmaning för planeter i jordstorlek, vars atmosfärer kan förändras över tiden.

"Om du tittar på en planet som Jupiter ... de ser ut som solen. De är gjorda av väte, de har spårelement av metaller och så vidare. Baserat på skillnader mellan planeten och stjärnan kan jag ta reda på hur den bildades. Det skulle föra fossilregister över hur det bildades, " sa Prof. Heng.

Men för mindre planeter, deras atmosfärer har förändrats avsevärt över tiden genom processer som kolets kretslopp.

"Vi tillbringade de senaste åtta till tio åren på att ta reda på hur vi skulle använda klimatmodeller designade för jorden (på exoplaneter), och hur man justerar och modifierar dem."

Dessa modeller kommer att användas för att ge potentiella förklaringar till data som samlas in när instrument kan kartlägga mindre planeter för liv, för att förstå om föreningar verkligen är biosignaturer eller kan bortförklaras som geologiska.

"Extraordinära påståenden kräver extraordinära bevisstandarder, så om något är förenligt med att inte kräva biologi, Jag skulle säga att det inte finns någon biologi, " sa prof. Heng.

Han modellerar också planeter som kan ha haft mer dramatiska öden. För att små planeter runt röda stjärnor ska stödja liv, de skulle behöva ha en mycket snäv omloppsbana, vilket gör dem tidvattenlåsta som heta Jupiters.

"Detta betyder att nattsidan är riktigt kall, och kanske tillräckligt kall för att gaserna i atmosfären skulle kondensera till is. Så, du får en rinnande kondens och du har ingen atmosfär - atmosfärisk kollaps, " sa han. Sådan kollaps skulle lämna planeterna kalla och livlösa, som Mars.

Även om arbetet bara är teoretiskt nu, Kommande uppdrag som Europeiska rymdorganisationens CHEOPS-satellit och NASA:s James Webb rymdteleskop borde ge data som han kan matcha med sina teorier.

"När Webb lanseras (2021), det kommer att bli ett kvantsprång i kvaliteten på data. Det kan hända att atmosfärisk kollaps är så utbredd att hälften av de små planeterna runt röda stjärnor inte har någon atmosfär."