在遙遠(yuǎn)的星球上，如何尋找生命的跡象？什么時候能找到外星生命？

宇宙中其他星球是否有生命，是人類幾千年來一直在思考的問題；在過去的幾十年里，人類在尋找太陽系以外生命跡象方面取得了長足的進(jìn)步。像美國宇航局（NASA）開普勒太空望遠(yuǎn)鏡這樣的任務(wù)，已經(jīng)幫助我們記錄了數(shù)以千計的系外行星（圍繞其他恒星運行的行星）。美國宇航局目前的任務(wù)，如凌日系外行星調(diào)查衛(wèi)星苔絲號(TESS)，預(yù)計將極大地增加目前已知的系外行星數(shù)量。

預(yù)計將有數(shù)十顆地球大小的巖石行星，在其恒星的宜居帶內(nèi)運行，在遙遠(yuǎn)的地方，水可能以液體的形式存在于表面，而這些都是尋找生命的好去處。這將通過即將發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡等任務(wù)來實現(xiàn)，該望遠(yuǎn)鏡將通過在紅外波長進(jìn)行觀測來補(bǔ)充和擴(kuò)展哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的發(fā)現(xiàn)，預(yù)計將于2021年發(fā)射，并將能讓科學(xué)家確定巖石系外行星的大氣中是否有氧氣，地球大氣中的氧氣是微生物和植物進(jìn)行光合作用的結(jié)果。

就系外行星與地球相似的程度而言，它們大氣中的氧氣也可能是生命的跡象。不過，并不是所有的系外行星都與地球相似，有些會是，但另一些會與地球有很大的不同，以至于氧氣不一定來自生命。那么，有了所有這些現(xiàn)在和未來要研究的系外行星，科學(xué)家們?nèi)绾螌⒀芯糠秶s小到氧氣最能代表生命的那些行星呢？為了回答這個問題，由亞利桑那州立大學(xué)(ASU)領(lǐng)導(dǎo)的一個跨學(xué)科研究小組，研究了一個名為“可探測性指數(shù)”的框架。

圖示：左邊產(chǎn)氧生物圈（光合作用/呼吸作用）由陸地的養(yǎng)分徑流提供。右邊，如果你在地球上增加足夠的水來覆蓋所有的土地，那么營養(yǎng)徑流就會停止，這極大地減少了生物圈能產(chǎn)生的氧氣量。

這個框架工具可能有助于確定需要額外研究的系外行星優(yōu)先順序，其研究成果發(fā)表在《天體物理學(xué)》期刊上。亞利桑那州立大學(xué)分子科學(xué)學(xué)院的主要作者唐納德·格拉澤說：該指數(shù)的目標(biāo)是為科學(xué)家提供一種工具，以選擇最好的觀測目標(biāo)，并最大限度地增加探測生命的機(jī)會。對于像地球這樣的行星來說，氧氣探測指數(shù)很高，這意味著地球大氣中的氧氣肯定是來自生命，而不是其他原因，看到氧氣就意味著可能有生命。

該研究小組一個令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是，系外行星的探測指數(shù)直線下降，與地球沒有太大不同。雖然地球表面大部分覆蓋著水，但地球上的海洋只占地球質(zhì)量的一小部分(0.025%)。相比之下，太陽系外的衛(wèi)星通常接近50%的水冰。亞利桑那州立大學(xué)地球與太空探索學(xué)院的合著者史蒂文·德施說：很容易想象，在太陽系這樣的另一個太陽系里，一顆類似地球的行星可能只有0.2%的水，這將足以改變探測指數(shù)。

即使觀測到氧氣，也不能說明這些行星上存在生命。這是因為，一顆水含量為0.2%的類地行星（大約是地球的8倍）不會有裸露的大陸。沒有陸地，雨水就不會經(jīng)受住巖石的考驗，也不會釋放出磷等重要的營養(yǎng)物質(zhì)。光合作用的生命，不能以與其他非生物來源相媲美的速率產(chǎn)生氧氣?？商綔y性指數(shù)告訴我們，僅僅觀測系外行星大氣中的氧氣是不夠的，還必須觀測海洋和陸地，這改變了天文學(xué)家在系外行星上尋找生命的方式。

可以幫助我們解讀對系外行星所做的觀察，幫助選擇尋找生命的最佳目標(biāo)系外行星，還能幫助我們設(shè)計下一代太空望遠(yuǎn)鏡，這樣就能獲得對生命做出積極識別所需的所有信息。來自不同領(lǐng)域的科學(xué)家聚集在一起創(chuàng)建了這個索引，該團(tuán)隊的成立得到了美國國家航空航天局(NASA)系外行星系統(tǒng)科學(xué)(NExSS)項目的推動，該項目為跨學(xué)科研究提供資金，以制定在系外行星上尋找生命的戰(zhàn)略，包括理論和觀測天體物理、地球物理、地球化學(xué)、天體生物學(xué)、海洋學(xué)和生態(tài)學(xué)。

這種研究需要不同的團(tuán)隊，不能作為單獨的科學(xué)家來做，研究團(tuán)隊希望這個可探測性指數(shù)框架能被用于尋找外星生命。在太陽系以外的行星上發(fā)現(xiàn)生命，將改變我們對宇宙中所處位置的整個理解。美國宇航局在尋找生命方面投入了很大的精力，研團(tuán)隊也希望這項工作能在我們尋找生命時，最大限度地增加發(fā)現(xiàn)生命的機(jī)會。

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博科園｜研究/來自：亞利桑那州立大學(xué)

研究發(fā)表期刊《天體物理學(xué)》

DOI: 10.3847/1538-4357/ab822d

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