最新研究表明，可以通過觀測外星大氣的季節變化來尋找外星生命

在一項最新的研究中，有科學家指出，研究系外行星的大氣季節特徵可能會是探索外星生命的關鍵。這項研究在5月9日發表於《天體物理學雜誌通訊（The Astrophysical Journal Letters）》，原標題《大氣季節性可作為系外行星的生命標識（Atmospheric Seasonality as an Exoplanet Biosignature）》。

迄今為止，天文學家們已經發現了近4000顆系外行星，其中有至少50顆位於它們的主星所造成的宜居範圍內。這意味著，這些行星應該既不太熱，也不太冷，可以讓其表面長期存在液態水——這是有機生命體存在所必須的公認條件。但是，想確認這些星球上是否真的存在生命，對當下的人類依然還是個難題。

探測地外生命是否存在很困難

那些星球距離我們大都有成百上千光年，我們現在並不可能親自去探訪這些地方。並且，現在天文學家們用來觀測系外行星的多數望遠鏡只能告訴我們，它們距離自己的主星有多遠，其質量和直徑分別是多大。

雖然我們已經探測到某些系外行星的大氣光譜，但目前這常常需要在較為偶然的條件下完成（在我們的視野中，這顆行星剛好運行到自己的主星前面），即將在2024年開始工作的「柏拉圖」太空望遠鏡應該可以幫助我們更好的研究系外行星的大氣成分，但即便有了明確的數據，也難以斷言這些星球上是否真的存在生命，畢竟還有更多的條件在影響生命的存在。

季節會影響生命活動，進而影響大氣成分變化

為了解決這一謎團，論文的第一作者，加利福尼亞大學的行星科學家斯蒂芬妮·奧爾森（Stephanie Olson）提出了一個探測外星生命的動態理論構架，這個構架主要針對「大氣成分的季節性變化」來展開討論。

這個理論最初來自於科研人員對地球大氣成分的季節變化的考量：當地球圍繞太陽運轉時，它的傾斜的自轉軸會導致世界各地的晝夜長短與氣溫發生變化，這讓很多地區在一年的不同時段所能接收到的陽光強度並不相同。這種季節性變化會影響生命活動，進而導致大氣成分發生變化：北半球在夏季時，世界上的多數植被會更為繁茂，導致大氣中的二氧化碳減少，氧氣增加；北半球在冬季時則會反之。

這個研究團隊則相信，如果系外行星擁有較為明顯的橢圓軌道或是自轉軸傾斜，也會存在類似的季節模式。如果該星球上有生命，那麼其大氣成分也應該會有相應的季節性的變化。「大氣季節性變化是一種很有前途的生命信號，因為地球大氣已經證明，它會受到生命的調節作用。這很有可能發生在其他有生命的星球上」，奧爾森在一份聲明中說道。

在探測生命的同時，還能分析其生物特徵

研究團隊認為，「利用大氣季節性變化來推斷生命的存在」甚至可以不需要充分理解外星生命的生物化學反應，因為它直接源自於生命對於環境的季節性變化的響應，即便外星生命的生物化學反應與地球生命不同，這種季節性變化依然存在。

在這項研究中，研究團隊嘗試確定了太陽系外行星大氣中不同的成分（氧氣、二氧化碳和甲烷）可能會因季節變化造成何種變動。他們設計了一個數學模型來觀察，在含氧量較低的大氣層中，生物呼吸作用對大氣含氧量以及臭氧層的形成有何種影響。這一模型模擬了早期地球的情況，揭示出臭氧含量可能會成為表徵大氣層氧含量隨季節變化的極好標誌物。

論文作者之一，NASA的博士後項目成員愛華德·施維特曼（Edward Schwieterman）在一份聲明中說：「我們現在精確地模擬這些細節變化非常重要，在未來，這可以指導太空與地面望遠鏡的設計，使它們能更好的分辨那些表徵生命存在的關鍵信號。」

施維特曼補充說，由於像甲烷和氧氣這樣的氣體在沒有生命的大氣中也可能存在，所以通過觀察行星在整個公轉過程中大氣成分的變化來識別生命是否存在，會是一個極好的方法，「在不少情況下，這種變化很難用非生物的原因來解釋。而且，這個方法甚至可以讓我們看到外星生命的生物特徵，而不僅僅是簡單的看到其是否存在。」

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