探測地外生命如此之難 卻可能隱藏於不起眼的行星 比如：地球

作者：Ramin Skibba

發表於：2017年4月27日

來源：AIP InsideScience

結果證明，探測太陽系外行星上的生命跡象比以前想像的更複雜。

開普勒-452b行星的藝術概念圖，這是發現的第一個尺寸和地球相似並且位於類太陽恆星的宜居帶的行星。

天文學家似乎每天都會發現一個可宜居的世界，像我們鄰近的恆星半人馬座b和TRAPPIST-1f，TRAPPIST-1f是NASA最近發現的與地球大小類似並且圍繞同一個恆星運行的七大行星之一。但是不要先試圖進行第一次聯繫。對不斷演化的地球進行的研究表明，確定這些行星是否真的存在生命或是潛在的可能性是非常複雜的。

《天體生物學》期刊上的一項新的研究表明：對於遙遠的觀察者來講，若通過望遠鏡觀察，即使是地球的話，那大部分地區也不會顯示出生命的跡象。儘管事實上，我們的星球在30億年前就充滿了微生物，但通過生物代謝產生的氧氣和甲烷的水平太低，無法從遠處被觀測到。這意味著，今天地球上的科學家們可能無法檢測到通常所認為的外星生命存在的跡象，他們可能會放棄實際上可宜居的行星。

「地球歷史上有一大段的時間，即使我們從岩石記錄中可以知道生命廣泛存在於環境周圍，但是在這段時間裡，卻很難看到代謝的存在。這是一個不爭的事實。」亞特蘭大喬治亞理工學院的地球科學家克里斯托弗·雷因哈德（Christopher Reinhard）是該研究的第一作者，他於4月27日在亞利桑那州梅薩市舉行的一次會議上介紹了該項研究。

科學家設想將一個星球大氣中的氧氣、臭氧和甲烷作為生命的關鍵指標。但這種方法存在問題。上述這些氣體以目前的技術很難進行探測，並且這些氣體的存在只是具有建議性暗示意義，但並不是決定性的生物體存在的證據。即使針對類地行星，對太陽系外的生命進行搜索也比我們以前想像的更加困難。

英國的天體生物學家威廉·班斯（William Bains）表示：「這是很清楚的，我們需要多個化學物質作為識別生命體的標誌，並且最多只能得出有關生命的概率上的估計。」他與麻省理工學院的行星科學家合作並且沒有參與該項研究。

對於天體生物學家來講，氧氣通常被認為是生命的主要標誌。因為在沒有諸如光合作用這樣的生物過程存在的條件下，難以產生大量的氧氣。但是，由於大氣層中的氣體需要時間形成，所有在地球上，海洋里的生物將可探測到氧氣的時間提前了10多億年。如果行星存在生命的話，由三個氧原子組成的臭氧，有助於保護行星表面上的新生生命體免於紫外線輻射。甲烷也有一定的問題，因為它由海洋中的生物過程產生和消耗，但是也可以由地質過程產生。

因為根據Reinhard的模型，地球上的氧氣和甲烷水平在很長一段時間內如此之低，以至於直到幾億年前，一個遙遠的外星宇航員都將找到很少的線索證明地球上存在生命。尋找系外生命友好型行星時，地球天文學家面臨同樣的問題。不僅僅是位於恆星「宜居帶」上我們最喜愛的世界可能是「非宜居」的， 我們可能也會過早地排除掉，實際上存在生命的許多其他世界。

加州大學河濱分校的天體物理學家斯蒂芬妮?奧爾森（Stephanie Olson）表示：「我們往往對不正確的樂觀保持謹慎，但不正確的悲觀也同樣需要被重視。」他也是該研究的合作作者。

周圍背景可以包羅萬象。例如，天文學家可能想要探測，可判斷恆星年齡的主序星光的顏色。這可以幫助科學家推斷它周圍的行星是否已經運行了足夠長的時間，以至於從生命活動中累積的氧氣或甲烷可被檢測到。在後續研究中，他們可能會決定推遲研究那些較為年輕的行星。

除了這三種氣體，科學家也可以擴大搜索範圍。通過大氣中的水蒸氣所暗示的海洋的存在，也將是存在生命可能性的強大指標。如果行星存在核心，那麼這將增加生命必需礦物質的存在概率。行星的構造和火山活動也會影響大氣的化學性質。

「我們將要不得不做出決定，要對哪些行星進行探索。但是，我們卻開始對星球提出一系列指標，說明哪些星球有潛力哪些星球是沒有希望的」Reinhard說。

具體來說，新的太空望遠鏡上的儀器將需要提高可探測的光的波長範圍，以確保探測到多個生物特徵。例如，臭氧的檢測就比氧氣更容易。但是對可能存在生命的行星收集更多的數據，以提供一個更完整和高解析度的圖片並不便宜。

「生命跡象的複雜性可能難以克服，但同樣也是令人興奮的」，加利福尼亞州帕薩迪那噴氣推進實驗室的一位天體化學家Morgan Cable說。「我們看到自己的太陽系的多樣性，這也反映了其它各處地外行星的豐富性。這給我們找到一個有趣的世界帶來很大的希望，不管這個有趣的世界是否為類地行星，都將挑戰我們對已知或未知生命的看法。」

文章來源： 美國物理聯合會（AIP/American Institute of Physics）--InsideScience專欄 張錚錚供稿

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