在遙遠(yuǎn)的星球上，如何尋找生命跡象？什么時(shí)候能找到外星生命

【手機(jī)軟件：博科園】宇宙中其他星球是否有生命，是人類幾千年來(lái)一直在思考的問(wèn)題；在過(guò)去的幾十年里，人類在尋找太陽(yáng)系以外生命跡象方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。像美國(guó)宇航局（NASA）開(kāi)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(jì)的系外行星（圍繞其他恒星運(yùn)行的行星）。美國(guó)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(hào)(TESS)，預(yù)計(jì)將極大地增加目前已知的系外行星數(shù)量。

預(yù)計(jì)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(yùn)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(guò)即將發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡等任務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該望遠(yuǎn)鏡將通過(guò)在紅外波長(zhǎng)進(jìn)行觀測(cè)來(lái)補(bǔ)充和擴(kuò)展哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的發(fā)現(xiàn)，預(yù)計(jì)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(guò)，并不是所有的系外行星都與地球相似，有些會(huì)是，但另一些會(huì)與地球有很大的不同，以至于氧氣不一定來(lái)自生命。那么，有了所有這些現(xiàn)在和未來(lái)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(gè)問(wèn)題，由亞利桑那州立大學(xué)(ASU)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)跨學(xué)科研究小組，研究了一個(gè)名為“可探測(cè)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(lái)覆蓋所有的土地，那么營(yíng)養(yǎng)徑流就會(huì)停止，這極大地減少了生物圈能產(chǎn)生的氧氣量。

這個(gè)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(shuō)：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(cè)目標(biāo)，并最大限度地增加探測(cè)生命的機(jī)會(huì)。對(duì)于像地球這樣的行星來(lái)說(shuō)，氧氣探測(cè)指數(shù)很高，這意味著地球大氣中的氧氣肯定是來(lái)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(gè)令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是，系外行星的探測(cè)指數(shù)直線下降，與地球沒(méi)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(yáng)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(shuō)：很容易想象，在太陽(yáng)系這樣的另一個(gè)太陽(yáng)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(cè)指數(shù)。

即使觀測(cè)到氧氣，也不能說(shuō)明這些行星上存在生命。這是因?yàn)?，一顆水含量為0.2%的類地行星（大約是地球的8倍）不會(huì)有裸露的大陸。沒(méi)有陸地，雨水就不會(huì)經(jīng)受住巖石的考驗(yàn)，也不會(huì)釋放出磷等重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。光合作用的生命，不能以與其他非生物來(lái)源相媲美的速率產(chǎn)生氧氣?？商綔y(cè)性指數(shù)告訴我們，僅僅觀測(cè)系外行星大氣中的氧氣是不夠的，還必須觀測(cè)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(duì)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?cè)O(shè)計(jì)下一代太空望遠(yuǎn)鏡，這樣就能獲得對(duì)生命做出積極識(shí)別所需的所有信息。來(lái)自不同領(lǐng)域的科學(xué)家聚集在一起創(chuàng)建了這個(gè)索引，該團(tuán)隊(duì)的成立得到了美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)系外行星系統(tǒng)科學(xué)(NExSS)項(xiàng)目的推動(dòng)，該項(xiàng)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(cè)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(duì)，不能作為單獨(dú)的科學(xué)家來(lái)做，研究團(tuán)隊(duì)希望這個(gè)可探測(cè)性指數(shù)框架能被用于尋找外星生命。在太陽(yáng)系以外的行星上發(fā)現(xiàn)生命，將改變我們對(duì)宇宙中所處位置的整個(gè)理解。美國(guó)宇航局在尋找生命方面投入了很大的精力，研團(tuán)隊(duì)也希望這項(xiàng)工作能在我們尋找生命時(shí)，最大限度地增加發(fā)現(xiàn)生命的機(jī)會(huì)。

博科園｜研究/來(lái)自：亞利桑那州立大學(xué)

研究發(fā)表期刊《天體物理學(xué)》

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